Elektronenanlagerungsprozesse: Vom unimolekularen Zerfall im isolierten Molekül zu komplexen Reaktionen im van der Waals-Cluster

Abstract

In dieser Arbeit wird die Wechselwirkung freier niederenergetischer Elektronen mit isolierten Molekülen M (M=C2F5I, C2F5Br, C2F3I, C3F3H3, CF2Cl2, CF2BrCl und CF2Br2) im effusiven Molekularstrahl und deren van der Waals-Cluster im Überschall-Düsenstrahl untersucht. Die Analyse der entstehenden Anionen erfolgt auf massenspektrometrischen Weg. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: Der resonante Elektroneneinfang isolierter Moleküle liefert eine Reihe verschiedener negativ geladener Fragmente. Bei der Elektronenanlagerung an Cluster treten zusätzlich solvatisierte Anionen und undissoziierte Molekül-Komplexe einschließlich des stabilisierten Muttermolekülanions auf. Bei Erhöhung des Ar-Partialdruckes (Trägergas) werden auch ternäre Produkte der Form X-(M)n(Ar)k beobachtet. Isoliertes C2F5I zerfällt infolge des resonanten Elektroneneinfangs nahe 0eV selektiv in I- und C2F5. Die Messung der Flugzeit von I- ermöglicht, die Verteilung der im Precursor C2F5I-# deponierten Überschussenergie auf die Bewegungsfreiheitsgrade der Produkte zu analysieren. Hierbei treten 66% als Gesamttranslationsenergie und 34% als interne Energie des Radikals in Erscheinung. Unter Verwendung des Modell des starren Rotators entfallen 15% auf Rotations- und 19% auf Schwingungsfreiheitsgrade. Die Überschussenergie wird im Cluster nahezu vollständig auf die Umgebung übertragen. Die solvatisierten Anionen treten im Cluster in höherer Ausbeute als die korrespondierenden intakten Molekül-Komplexe auf. Dies spiegelt die Dynamik des Systems im fs- bis ps-Zeitfenster nach der Elektronenlokalisierung wider: die schnelle Dissoziation dominiert die Stoßstabilisierung des molekularen Anions. Im Fall von C2F3I wird eine effektive Unterdrückung der Dissoziation zu Gunsten der Stabilisierung von M- beobachtet. Bei Energien > 4eV werden Beiträge beobachtet, die auf inelastische Elektronenstreuprozesse im C2F5I- Aggregat zurückgehen (self scvavenging). Beim C3F3H3 kommt es zu einer enormen Erhöhung des dissoziativen Anlagerungsquerschnittes bei Energien < 2eV, die auf die Verlängerung der Resonanzlebensdauer im Cluster zurückgeführt werden. Im isolierten Molekül wird der Zerfall der Resonanz vom Autodetachment-Prozess bestimmt wird. Verschiedene bei niedriger Energie detektierte Produkte weisen darauf hin, dass die eingefangenen Elektronen Polymerisationsreaktionen von C2F3I und C3F3H3 innerhalb des Clusters induzieren können.

The interaction of low-energy electrons (0-20eV) with single molecules M (M=C2F5I, C2F5Br, C2F3I, C3F3H3, CF2Cl2, CF2BrCl and CF2Br2) and their van der Waals clusters is studied by means of electron-molecular crossed beam experiments coupled to mass spectrometry. The following results are obtained: Dissociative electron attachment to single molecules leads to different negatively charged fragments X-. Electron attachment to clusters additionally generates solvated anions X- (M)n as well as undissociated complexes (M)n- that include the stabilization of the monomeric anion. By increasing the partial pressure of the argon carrier gas, ternary products of the form X-(M)n (Ar)k can be also observed. At very low energies, the precursor anion of C2F5I-# undergoes unimolecular dissociation into I- and C2F5. Analysis of excess energy distribution of the negative fragment indicates that 66% of the available excess energy contribute to translational energy and 34% to internal energy of the radical. Modelling the radical species as a rigid rotator, the internal energy is redistributed to rotation (15% of the total excess energy) and to vibration (19%). The solvated anions are found to be more abundant than the undissociated complexes. This mirrors the reaction pathway within the femto- to picosecond time frame after electron localization in the target cluster indicating that dissociation is preferred over collisional stabilization. In the case of C2F3I-clusters stabilization prevails on decomposition. At higher energies, solvated anions arise from inelastic electron scattering processes (self scavenging) in C2F5I-clusters. Electron attachment to C3F3H3-clusters shows a strong enhancement of dissociative cross section at incident electron energies below 2eV, while under single collision conditions, autodetachment process overtakes that of dissociative decay. Different products are detected indicating that intra-cluster polymerization reactions in clusters of C2F5I and C3F3H3 induced by low-energy electrons take place.