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www.zaac.wiley-vch.de 2006 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Z. Anorg. Allg. Chem. 2006, 21342134

DOI: 10.1002/zaac.200670116

Modellierung von Eisen-Nanopartikelnin Quarzglas

Peter Kroll*, Jens Theuerkauf, Thomas Wieland

Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen, Landoltweg 1,D-52056 Aachen

Keywords: iron cluster; electronic structure; DFT calculations

Unter den ersten Nanokompositen, die durch Ionenimplantationerzeugt wurden, waren in Quarzglas eingebettete metallischeCluster [1]. Diese neuen Materialien zeigen erheblich verstärkteoptische Eigenschaften, so zum Beispiel Absorption durch Reso-nanz an Oberflächenplasmonen oder starke nichtlineare optischeSuszeptibilitäten. Die Sol-Gel Route bietet zur Synthese solcherMaterialien eine kostengünstige Alternative, um Metalloxid- undMetallnanopartikel in Siliciumdioxid einzubetten [2]. Katalytische,magnetische, elektronische und optische Eigenschaften sind dieMotivation für Forschungsaktivitäten auf diesem Gebiet. Die Vor-hersage möglicher Eigenschaften und das Studium der Grenzflächezwischen Metallcluster und der einbettenden Matrix benötigt je-doch unbedingt zuverlässige quantenmechanische Rechnungen.

Wir berichten hier von der Modellierung und Simulation derartigerNanokomposite und zeigen die ersten Ergebnisse unserer Dichte-funktionalrechnungen. Unser Fokus liegt dabei auf dem Einflußder Grenzfläche auf die Systemeigenschaften. Dazu wurden cubok-taedrische Metallcluster mit magischen Zahlen (M13, M55 undM147) von Eisen, Kobalt und Nickel in Quarzglas eingebettet. DiePartikelgrößen betragen 0.5, 1 und 1.5 nm, die Ausmaße der kom-pletten (periodischen) Modelle liegen zwischen 2 und 2.3 nm. NachOptimierung der Struktur stellen wir fest, daß die dielektrische Ma-trix und Grenzschicht ganz erhebliche Veränderungen der Eigen-schaften gegenüber isolierten Metallclustern bedingen. Wir findenden Trend, daß die magnetischen Momente in allen Fällen gegen-über freien Clustern erhöht sind. An der Grenzfläche zwischenMetallcluster und oxidischer Matrix bilden sich Metall�Sauer-stoff-Bindungen, welche zu starker Oxidation des Metallclustersführen. Dies bestätigt die Vorstellung eines Aufbaus der einge-betteten Nanopartikel gemäß dem Kern/Schale/Wirtsmatrix-Modell.

[1] A. Meldrum, R. F. Haglund, L. A. Boatner, C. W. White, Adv.Mater. 2001, 13,1431.

[2] B. L. Cushing, V. L. Kolesnichenko, C. J. O’Connor, Chem. Rev.2004, 104, 3893.