Contents
1 An Overview of Metal Clusters and Their Reactivity . . . . . . . . . . . . .
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References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2 Instrumentation for Cluster Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Cluster Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.1 Thermal Heated Oven Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.2 Electron Impact and Electrospray Ionization (ESI) . . . . . 12
2.1.3 Laser Vaporization Cluster Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.4 Sputtering Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Cluster Growth and Statistical Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Cluster Reaction Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.1 Ion Traps and Tandem Quadrupole/Hexapole
Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.2 Selected Ion Flow Tube (SIFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.3 Multiple-Ion Laminar Flow Tube (MIFT) . . . . . . . . . . . . 22
2.3.4 Compact Flow-Tube Reactor and Collisional Cell . . . . . 24
2.4 Detection and Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.1 Cluster Mass Spectrometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 Ionization of Cluster Neutrals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.3 Cluster Storage and Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.4 Cluster Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 Metal Cluster Reacting with Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1 Oxygen Etching Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 Oxygen Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 Superoxo and Peroxo States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 Cluster Odd–Even Alternation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Competition of Oxygen Etching Versus Oxygen Addition . . . . . . 51
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
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1 An Overview of Metal Clusters and Their Reactivity . . . . . . . . . . . . .
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References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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2 Instrumentation for Cluster Science . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1 Cluster Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.1 Thermal Heated Oven Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.2 Electron Impact and Electrospray Ionization (ESI) . . . . . 12
2.1.3 Laser Vaporization Cluster Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.4 Sputtering Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Cluster Growth and Statistical Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Cluster Reaction Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3.1 Ion Traps and Tandem Quadrupole/Hexapole
Reactors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.2 Selected Ion Flow Tube (SIFT) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.3 Multiple-Ion Laminar Flow Tube (MIFT) . . . . . . . . . . . . 22
2.3.4 Compact Flow-Tube Reactor and Collisional Cell . . . . . 24
2.4 Detection and Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.1 Cluster Mass Spectrometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4.2 Ionization of Cluster Neutrals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4.3 Cluster Storage and Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.4.4 Cluster Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 Metal Cluster Reacting with Oxygen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.1 Oxygen Etching Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.2 Oxygen Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.3 Superoxo and Peroxo States . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 Cluster Odd–Even Alternation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.5 Competition of Oxygen Etching Versus Oxygen Addition . . . . . . 51
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
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