Clusterphysik
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Neue Cluster-Verbindungen

Mit der PACIS-Quelle (Pulsed Arc Cluster Ion Source, Bild unten) ist es möglich, neue Clusterverbindungen zu synthetisieren. In der Quelle wird das Material der Kathode in einem elektrischen Lichtbogen verdampft (zum Beispiel Zink). Das Ganze geschieht in einer Trägergasatmosphäre. Dem Trägergas können reaktive Gase wie Wasserstoff, Methan oder H2S beigemischt werden. Im Lichtbogen werden das Trägergas und das reaktive Gas ionisiert und Moleküle wie H2S werden teilweise in Radikale dissoziiert. Der Gasstrom trägt das Gemisch aus Radikalen, Ionen und verdampftem Elektrodenmaterial in den Extender, ein etwa 15cm langer 4mm durchmessender Kanal. Darin kühlt sich das Gemisch ab und es bildet sich eine Vielzahl neuer Verbindungen, die mit konventionellen chemischen Reaktionen nicht hergestellt werden können. Mit dieser Quelle, die in Konstanz gebaut wurde und nun im Labor in Baltimore steht, konnten in den letzten Jahren viele neue Clusterverbindungen synthetisiert und charakterisiert werden.

PACIS

 

Ein besonders hervorzuhebendes Beispiel sind die Aluminiumhydride (Science 315, 356 (2007)). Dazu wurde Aluminium verdampft und dem Trägergas Wasserstoff beigemischt. Das H2 wird im Lichtbogen dissoziiert und reagiert mit dem Aluminium ausgesprochen heftig. Es bilden sich bisher unbekannte Verbindungen aus einer variablen Anzahl von Aluminium- und Wasserstoffatomen (Bild unten). Die neuen Clusterverbindungen sind denen der seit Jahrzehnten bekannten Borhydride ähnlich. Aluminium steht im Periodensystem unter dem Bor und es wäre vielleicht zu erwarten gewesen, dass es solche Verbindungen gibt, aber bisher waren diese Aluminiumhydride unbekannt.

MassSpectrumAlH

 

Ein weiteres Beispiel ist die neue Verbindung ZnPtH5-. Die fünf Wasserstoffatome sind ringförmig um das Platinatom angeordnet. Die Sigmabindungen zu den fünf H-Atomen sind delokalisiert, also aromatisch. Es ist ein Beispiel für Sigma-Aromatizität.

 

 ZnPtH5

 

Neueste Publikationen (ab 1.1.2014):

Allyson Buytendyk, Jacob Graham, Haopeng Wang, Xinxing Zhang, Evan Collins, Y.-J. Ko, Gerd Gantefoer, Bryan Eichhorn, Anushoba Regmi, Kiran Boggavarapu, and Kit H. Bowen, "Photoelectron Spectra of the MgH- and MgD- Anions", Int. J. Mass Spectr. (2014), accepted.

Haopeng Wang, Xinxing Zhang, Yeon Jae Ko, Andrej Grubisic, Xiang Li, Gerd Gantefoer, Hansgeorg Schnoeckel, Bryan W. Eichhorn, Mal-Soon Lee, P. Jena, Anil K. Kandalam, Boggavarapu Kiran, and Kit H. Bowen, "Aluminum Zintl Anion Moieties within Sodium Aluminum Clusters", J. Chem. Phys. 140, 054301 (2014). doi: 10.1063/1.4862989.

Haopeng Wang, Yeon Jae Ko, Xinxing Zhang, Gerd Gantefoer, Hansgeorg Schnoeckel, Bryan W. Eichhorn, Puru Jena, Boggavarapu Kiran, Anil K. Kandalam, and Kit H. Bowen, Jr., "The Viability of Aluminum Zintl Anion Moieties within Magnesium-Aluminum Clusters", J. Chem. Phys. (2014), in press.

Xinxing Zhang, Gerd Gantefoer, Kit H. Bowen, Anastassia N. Alexandrova, "The PtAl- and PtAl2- Anions: Theoretical and Photoelectron Spectroscopic Characterization", J. Chem. Phys. 140, 164316 (2014).

J. D. Graham, A. M. Buytendyk, X. Zhang, E. L. Collins, B. Kiran, G. Gantefoer, B. W. Eichhorn, G. L. Gutsev, S. Behera, P. Jena, and K. H. Bowen, "The Alanate Anion, AlH4-: Photoelectron Spectrum and Computations", Journal of Physical Chemistry, in press (2014).

Xinxing Zhang, Gaoxiang Liu, Gerd Ganteför, Kit H. Bowen, and Anastassia N. Alexandrova, "ZnPtH5-, A σ-Aromatic Cluster", J. Phys. Chem. Lett., J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1596−1601. Highlighted in Chemistry World 28. April 2014.

Haopeng Wang, Xinxing Zhang, Yeon Jae Ko, Gerd Gantefoer, Kit H. Bowen*, Xiang Li, Boggavarapu Kiran, Anil K. Kandalam*, "Photoelectron Spectroscopy of Boron Aluminum Hydride Cluster Anions", submitted to J. Chem. Physics, 14. Feb. 2014.