Skip to main content
SpringerLink
Log in

Techniques used to study the chemistry of gas phase elemental clusters

  • Published:
Journal of Cluster Science Aims and scope Submit manuscript

Abstract

Recent studies of the chemistry of elemental clusters (such as C n , Si n , and Fe n ) in the gas phase have revealed a number of fascinating results. This review article discusses and compares the various techniques that have been used to investigate the chemical properties of gas phase elemental clusters. Examples are provided of the often complimentary information that can be obtained from the different methods.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Similar content being viewed by others

References

  1. K. Sattler, J. Mohlbach, and E. Recknagel (1980).Phys. Rev. Lett. 45, 821; M. M. Kappes, R. W. Kunz, and E. Schumacher (1982).Chem. Phys. Lett. 91, 413.

    Google Scholar 

  2. P. Fayet and L. Woste (1985).Surf. Sci. 156, 134; W. Begemann, K. H. Meiwes-Broer, and H. O. Lutz (1986).Phys. Rev. Lett. 56, 2248.

    Google Scholar 

  3. T. D. Dietz, M. A. Duncan, D. E. Powers, and R. E. Smalley (1981).J. Chem. Phys. 74, 6511; V. E. Bondybey and J. H. English (1981).J. Chem. Phys. 74, 6978.

    Google Scholar 

  4. J. Berkowitz and W. A. Chupka (1964).J. Chem. Phys. 40, 2735; N. Furstenau and F. Hillenkamp (1981).Int. J. Mass Spectrom Ion Phys. 37, 135; T. T. Tsong (1984).Appl. Phys. Lett. 45, 1149; W. D. Reents and V. E. Bondybey (1986).Chem. Phys. Lett. 125, 324.

    Google Scholar 

  5. D. E. Powers, S. G. Hansen, M. E. Geusic, A. C. Pulu, J. B. Hopkins, T. G. Dietz, M. A. Duncan, P. R. R. Langridge-Smith, and R. E. Smalley (1982).J. Phys. Chem. 86, 2556.

    Google Scholar 

  6. A. O'Keefe, M. M. Ross, and A. P. Baronavski (1986).Chem. Phys. Lett. 130, 17; S. W. McElvaney, H. H. Nelson, A. P. Baronavski, C. H. Watson, and J. R. Eyler (1987).Chem. Phys. Lett. 134, 214; H. Y. Soo and C. L. Wilkins (1989).J. Phys. Chem. 93, 1184.

    Google Scholar 

  7. S. C. Richtsmeier, E. K. Parks, K. Liu, L. G. Pobo, and S. J. Riley (1985).J. Chem. Phys. 82, 3659.

    Google Scholar 

  8. K. D. Kolenbrander and M. L. Mandich (1990).J. Chem. Phys. 92, 4759.

    Google Scholar 

  9. S. Maruyama, L. R. Anderson, and R. E. Smalley (1990).J. Chem. Phys. 93, 5349.

    Google Scholar 

  10. M. F. Jarrold and E. C. Honea (in press). Annealing of silicon clusters,J. Am. Chem. Soc.

  11. L. A. Bloomfield, M. E. Geusic, R. R. Freeman, and W. L. Brown (1985).Chem. Phys. Lett. 121, 33.

    Google Scholar 

  12. L.-S. Zheng, P. J. Brucat, C. L. Pettiette, S. Yang, and R. E. Smalley (1985).J. Chem. Phys. 83, 4273.

    Google Scholar 

  13. M. F. Jarrold, J. E. Bower, and J. S. Kraus (1987).J. Chem. Phys. 86, 3876.

    Google Scholar 

  14. S. J. Riley, E. K. Parks, L. G. Pobo, and S. Wexler (1984).Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 88, 287.

    Google Scholar 

  15. M. E. Geusic, M. D. Morse, and R. E. Smalley (1985).J. Chem. Phys. 82, 590.

    Google Scholar 

  16. D. J. Trevor, R. L. Whetten, D. M. Cox, and A. Kaldor (1985).J. Am. Chem. Soc. 107, 518.

    Google Scholar 

  17. E. K. Parks, T. D. Klots, and S. J. Riley (1990).J. Chem. Phys. 92, 3813.

    Google Scholar 

  18. S. J. Riley and E. K. Parks,in P. Jena, B. K. Rao, and S. N. Khanna (eds.),Physics and Chemistry of Small Cluster, NATO ASI Series, B 158 (Plenum, New York, 1987), p. 727.

    Google Scholar 

  19. M. D. Morse, M. E. Geusic, J. R. Heath, and R. E. Smalley (1985).J. Chem. Phys. 83, 2293.

    Google Scholar 

  20. D. M. Cox, M. R. Zakin, and A. Kaldor,in P. Jena, B. K. Rao, and S. N. Khanna (eds.),Physics and Chemistry of Small Clusters, NATO ASI Series B 158 (Plenum, New York, 1987), p. 741; D. J. Trevor and A. Kaldor (1987).ACS Symp. Ser. 333, 43.

    Google Scholar 

  21. R. L. Whetten, M. R. Zakin, D. M. Cox, D. J. Trevor, and A. Kaldor (1985).J. Chem. Phys. 85, 1697.

    Google Scholar 

  22. R. L. Whetten, D. M. Cox, D. J. Trevor, and A. Kaldor (1985).Phys. Rev. Lett. 54, 1494.

    Google Scholar 

  23. E. K. Parks, B. H. Weiller, P. S. Bechthold, W. F. Hoffman, G. C. Nieman, L. G. Pobo, and S. J. Riley (1988).J. Chem. Phys. 88, 1622.

    Google Scholar 

  24. E. K. Parks, K. Liu, S. C. Richtsmeier, L. G. Pobo, and S. J. Riley (1985).J. Chem. Phys. 82, 5470.

    Google Scholar 

  25. E. K. Parks, G. C. Nieman, L. G. Pobo, and S. J. Riley (1987).J. Phys. Chem. 91, 2671.

    Google Scholar 

  26. E. K. Parks and S. J. Riley,in G. Scoles (ed.),The Chemical Physics of Atomic and Molecular Clusters (North Holland, Amsterdam, 1990).

    Google Scholar 

  27. B. J. Winter, T. D. Klots, E. K. Parks, and S. J. Riley (1991).Z. Phys. D 19, 381.

    Google Scholar 

  28. T. D. Klots, B. J. Winter, E. K. Parks, and S. J. Riley (1990).J. Chem. Phys. 92, 2210.

    Google Scholar 

  29. B. J. Winter, T. D. Klots, E. K. Parks, and S. J. Riley (1991).Z. Phys. D 19, 375.

    Google Scholar 

  30. E. K. Parks, B. J. Winter, T. D. Klots, and S. J. Riley (1991).J. Chem. Phys. 94, 1882.

    Google Scholar 

  31. P. J. Brucat, C. L. Pettiette, S. Yang, L.-S. Zheng, M. J. Craycraft, and R. E. Smalley (1986).J. Chem. Phys. 85, 4747.

    Google Scholar 

  32. M. R. Zakin, R. O. Brickman, D. M. Cox, and A. Kaldor (1988).J. Chem. Phys. 88, 3555.

    Google Scholar 

  33. M. R. Zakin, R. O. Brickman, D. M. Cox, and A. Kaldor (1988).J. Chem. Phys. 88, 6605.

    Google Scholar 

  34. R. E. Leuchtner, A. C. Harms, and A. W. Castleman (1989).J. Chem. Phys. 91, 2753; R. E. Leuchtner, A. C. Harms, and A. W. Castleman (1991).J. Chem. Phys. 94, 1093.

    Google Scholar 

  35. R. E. Leuchtner, A. C. Harms, and A. W. Castleman (1990).J. Chem. Phys. 92, 6527.

    Google Scholar 

  36. W. Ekardt (1984).Phys. Rev. B 29, 1558; W. D. Knight, K. Clemenger, W. A. de Heer, W. A. Saunders, M. Y. Chou, and M. L. Cohen (1984).Phys. Rev. Lett. 52, 2141; M. L. Cohen, M. Y. Chou, W. D. Knight, and W. A. de Heer (1987).J. Phys. Chem. 91, 3141.

    Google Scholar 

  37. K. Raghavachari (to be published).

  38. E. Teloy and D. Gerlich (1974).Chem. Phys. 4, 417.

    Google Scholar 

  39. M. G. Ingram, R. J. Hayden, and D. C. Hess (1952).U.S. Nat. Bur. Stand. Circ. 522, 257; R. F. Pottie, D. L. Cocke, and K. A. Gingerich (1973).Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 11, 41; B. Peart and M. F. A. Harrison (1981).J. Phys. E 14, 1374.

    Google Scholar 

  40. N. R. Daly (1960).Rev. Sci. Inst. 31, 264.

    Google Scholar 

  41. D. A. Hales, L. Lian, and P. B. Armentrout (1990).Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 102, 269.

    Google Scholar 

  42. P. J. Chantry (1971).J. Chem. Phys. 55, 2746; C. Lifshitz, R. L. C. Wu, T. O. Tiernan, and D. T. Terwilliger (1978).J. Chem. Phys. 68, 247; P. B. Armentrout and J. L. Beauchamp (1981).J. Chem. Phys. 74, 2819.

    Google Scholar 

  43. U. Ray, M. F. Jarrold, J. E. Bower, and J. S. Kraus (1989).J. Chem. Phys. 91, 2912.

    Google Scholar 

  44. L. Hanley, S. A. Ruatta, and S. L. Anderson (1987).J. Chem. Phys. 87, 260.

    Google Scholar 

  45. S. K. Loh, D. A. Hales, L. Lian, and P. B. Armentrout (1989).J. Chem. Phys. 90, 5466.

    Google Scholar 

  46. A. R. Miedema (1980).Faraday Symp. Royal Soc. Chem. 14, 136.

    Google Scholar 

  47. K. Ervin, S. K. Loh, N. Aristov, and P. B. Armentrout (1983).J. Phys. Chem. 87, 3593.

    Google Scholar 

  48. L. Hanley and S. L. Anderson (1985).Chem. Phys. Lett. 122, 410.

    Google Scholar 

  49. P. Fayet and L. Woste,in F. Trager and G. zu Putliz (eds.),Metal Clusters (Springer, Berlin, 1986).

    Google Scholar 

  50. M. F. Jarrold and J. E. Bower (1986).J. Chem. Phys. 85, 5373; M. F. Jarrold and J. E. Bower (1987).J. Chem. Phys. 87, 5728.

    Google Scholar 

  51. T. F. Magnera, D. E. David, and J. Michl (1987).J. Am. Chem. Soc. 109, 936.

    Google Scholar 

  52. L. Hanley and S. L. Anderson (1987).J. Phys. Chem. 91, 5161.

    Google Scholar 

  53. L. Hanley, J. L. Whitten, and S. L. Anderson (1988).J. Phys. Chem. 92, 5803.

    Google Scholar 

  54. L. Hanley and S. L. Anderson (1988).J. Chem. Phys. 89, 2848.

    Google Scholar 

  55. S. A. Ruatta, L. Hanley, and S. L. Anderson (1989).J. Chem. Phys. 91, 226.

    Google Scholar 

  56. P. A. Hintz, S. A. Ruatta, and S. L. Anderson (1990).J. Chem. Phys. 92, 292.

    Google Scholar 

  57. S. A. Ruatta, P. A. Hintz, and S. L. Anderson (1991).J. Chem. Phys. 94, 2833.

    Google Scholar 

  58. P. A. Hintz, M. B. Sowa, S. A. Ruatta, and S. L. Anderson (1991).J. Chem. Phys. 94, 6446.

    Google Scholar 

  59. M. F. Jarrold and J. E. Bower (1988).J. Am. Chem. Soc. 110, 70.

    Google Scholar 

  60. T. Weiske, D. K. Bohme, J. Hrusak, W. Kratschmer, and H. Schwarz (1991).Angew. Chem. Int. Edn. Engl. 30, 884.

    Google Scholar 

  61. M. M. Ross and J. H. Callahan (1991).J. Phys. Chem. 95, 5720.

    Google Scholar 

  62. L. R. Anders, J. L. Beauchamp, R. C. Dunbar, and J. D. Baldeschwieler (1966).J. Chem. Phys. 45, 1062.

    Google Scholar 

  63. M. B. Comisarow and A. G. Marshall (1974).Chem. Phys. Lett. 25, 282.

    Google Scholar 

  64. M. Allemann, Hp. Kellerhals, and K. P. Wanczek (1980).Chem. Phys. Lett. 75, 328.

    Google Scholar 

  65. M. Allemann, Hp. Kellerhals, and K. P. Wanczek (1983).Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 46, 139.

    Google Scholar 

  66. P. Kofel, M. Allemann, Hp. Kellerhals, and K. P. Wanczek (1985).Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 65, 97.

    Google Scholar 

  67. A. G. Marshall (1985).Acc. Chem. Res. 18, 316.

    Google Scholar 

  68. T. J. Francl, E. K. Fukuda, and R. T. McIver (1983).Int. J. Mass Spectrom. Ion Phys. 50, 151.

    Google Scholar 

  69. A. Rahbee,in P. F. Fougere (ed.),Maximum Entropy and Bayesian Methods (Kluwer Academic Press, Amsterdam, 1990).

    Google Scholar 

  70. T. J. Francl, M. G. Sherman, R. L. Hunter, M. L. Locke, W. D. Bowers, and R. T. McIver (1983).Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 54, 189; E. B. Ledford, S. Ghaderi, R. L. White, R. B. Spencer, P. S. Kularni, C. L. Wilkins, and M. L. Gross (1980).Anal. Chem. 52, 463; R. L. White, E. C. Onyiriuka, and C. L. Wilkins (1983).Anal. Chem. 55, 339.

    Google Scholar 

  71. A. G. Marshall, T. C. L. Wang, and T. L. Ricca (1985).J. Am. Chem. Soc. 107, 7893.

    Google Scholar 

  72. J. M. Alford, R. T. Laaksonen, and R. E. Smalley (1991).J. Chem. Phys. 94, 2618.

    Google Scholar 

  73. D. B. Jacobson and B. S. Freiser (1984).J. Am. Chem. Soc. 106, 4623.

    Google Scholar 

  74. J. Berkowitz and W. A. Chupka (1964).J. Chem. Phys. 40, 2735.

    Google Scholar 

  75. W. D. Reents and V. E. Bondybey (1986).Chem. Phys. Lett. 125, 324.

    Google Scholar 

  76. J. M. Alford, P. E. Williams, D. J. Trevor, and R. E. Smalley (1986).Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 72, 33.

    Google Scholar 

  77. M. P. Irion and A. Selinger (1989).Chem. Phys. Lett. 158, 145.

    Google Scholar 

  78. D. B. Jacobson and B. S. Freiser (1986).J. Am. Chem. Soc. 108, 27.

    Google Scholar 

  79. R. C. Burnier, R. B. Cody, and B. S. Freiser (1982).J. Amer. Chem. Soc. 104, 7436.

    Google Scholar 

  80. A. G. Marshall and D. C. Roe (1980).J. Chem. Phys. 73, 1581.

    Google Scholar 

  81. M. L. Mandich, W. D. Reents, and V. E. Bondybey (1986).J. Phys. Chem. 90, 2315.

    Google Scholar 

  82. S. W. McElvaney, W. R. Creasy, and A. O'Keefe (1986).J. Chem. Phys. 85, 632.

    Google Scholar 

  83. D. A. Weil and C. L. Wilkins (1985).J. Am. Chem. Soc. 107, 7315; M. Moini and J. R. Eyler (1987).Chem. Phys. Lett. 137, 311.

    Google Scholar 

  84. S. W. McElvaney and C. J. Cassady (1990).J. Phys. Chem. 94, 2057; C. J. Cassady and S. W. McElvaney (1990).J. Am. Chem. Soc. 112, 4788.

    Google Scholar 

  85. F. L. King, B. I. Dunlap, and D. C. Parent (1991).J. Chem. Phys. 94, 2578; D. C. Parent (in press). Mixed aluminum and indium oxide cations: Controlling reactivity,Chem. Phys. Lett.

    Google Scholar 

  86. S. W. McElvaney, B. I. Dunlap, and A. O'Keefe (1987).J. Chem. Phys. 86, 715.

    Google Scholar 

  87. S. W. McElvaney (1988).J. Chem. Phys. 89, 2063.

    Google Scholar 

  88. S. W. McElvaney (1990).Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 102, 81.

    Google Scholar 

  89. J. A. Zimmermann, J. R. Eyler, S. B. H. Bach, and S. W. McElvaney (1991).J. Chem. Phys. 94, 3556.

    Google Scholar 

  90. R. T. McIver, R. L. Hunter, M. S. Story, J. Syka, and M. Labunsky, Proc. 31st ASMS Meeting, Mass Spectrometry and Allied Topics, Boston, May 1983; R. T. McIver, R. L. Hunter, and W. D. Bowers (1985).Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 64, 67.

  91. R. C. Dunbar (1990).Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc. 100, 423.

    Google Scholar 

  92. P. Schnabel, M. P. Iron, and K. G. Weil (1991).Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 95, 197.

    Google Scholar 

  93. M. P. Irion and A. Selinger (1989).Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 93, 1408.

    Google Scholar 

  94. A. Selinger, P. Schnabel, W. Weise, and M. P. Irion (1990).Ber. Bunsenges. Phys. Chem. 94, 1278.

    Google Scholar 

  95. M. P. Irion, A. Selinger, and P. Schnabel (1991).Z. Phys. D 19, 393.

    Google Scholar 

  96. P. Schnabel, M. P. Irion, and K. G. Weil (in press). Evidence for low-pressure catalysis in the gas phase by a naked metal cluster: The growth of Benzene on Fe +4 ,J. Phys. Chem.

  97. J. L. Elkind, J. M. Alford, F. D. Weiss, R. T. Laaksonen, and R. E. Smalley (1987).J. Chem. Phys. 87, 2397.

    Google Scholar 

  98. J. M. Alford and R. E. Smalley (1989).Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 131, 3.

    Google Scholar 

  99. S. Maruyama, L. R. Anderson, and R. E. Smalley (1990).J. Chem. Phys. 93, 5349.

    Google Scholar 

  100. J. M. Alford, R. T. Laaksonen, and R. E. Smalley (1991).J. Chem. Phys. 94, 2618.

    Google Scholar 

  101. L. R. Anderson, S. Maruyama, and R. E. Smalley (1991).Chem. Phys. Lett. 176, 348.

    Google Scholar 

  102. K. M. Creegan and M. F. Jarrold (1990).J. Am. Chem. Soc. 112, 3768.

    Google Scholar 

  103. J. C. Phillips (1988).J. Chem. Phys. 88, 2090; D. A. Jelski, Z. C. Wu, and T. F. George (1988).Chem. Phys. Lett. 150, 447; E. Kaxiras (1990).Phys. Rev. Lett. 64, 551.

    Google Scholar 

  104. U. Ray and M. F. Jarrold (1990).J. Chem. Phys. 93, 5709.

    Google Scholar 

  105. E. W. McDaniel and E. A. Mason,The Mobility and Diffusion of Ions in Gases (Wiley, New York, 1973).

    Google Scholar 

  106. M. F. Jarrold, J. E. Bower, and K. M. Creegan (1989).J. Chem. Phys. 90, 3615.

    Google Scholar 

  107. P. R. Kemper and M. T. Bowers (1990).J. Am. Soc. Mass Spectrom. 1, 197; P. P. Radi, G. von Helden, M. T. Hsu, P. R. Kemper, and M. T. Bowers (in press). Thermal bimolecular reactions of size selected transition metal cluster ions: Nb +4 + O2,n = 1–6,Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc.

    Google Scholar 

  108. G. H. Wannier (1951).Phys. Rev. 83, 281.

    Google Scholar 

  109. H. Bohringer and F. Arnold (1982).J. Chem. Phys. 77, 5534.

    Google Scholar 

  110. M. F. Jarrold and E. C. Honea (1991).J. Phys. Chem. 95, 9181.

    Google Scholar 

  111. M. F. Jarrold, U. Ray, and K. M. Creegan (1990).J. Chem. Phys. 93, 224.

    Google Scholar 

  112. U. Ray and M. F. Jarrold (1991).J. Chem. Phys. 94, 2631.

    Google Scholar 

  113. P. Gupta, C. H. Mak, P. A. Coon, and S. M. George (1989).Phys. Rev. B 40, 7739; P. Morgen, W. Wurth, and E. Umbach (1985).Surf. Sci. 152, 1086; P. E. Wierenga, M. J. Sparnaay, and A. van Silfhout (1980).Surf. Sci. 99, 56; H. Ibach, H. D. Bruchmann, and H. Wagner (1982).Appl. Phys. A 29, 113; W. C. M. Classen, R. W. A. H. Schmitz, and J. Dieleman (1989).Surf. Sci. 36, 240; M. L. Yu and B. N. Eldridge (1987).Phys. Rev. Lett. 58, 1691; M. P. D'Evelyn, M. N. Nelson, and T. Engel (1987).Surf. Sci. 186, 75; W. Ranke and Y. R. Xing (1985).Surf. Sci. 157, 353; C. Silvestre and M. Shayegan (1988).Phys. Rev. B 37, 10432; U. Memmert and M. L. Yu (1989).Chem. Phys. Lett. 164, 552.

    Google Scholar 

  114. M. F. Jarrold, Y. Iriri, and U. Ray (1991).J. Chem. Phys. 94, 3607.

    Google Scholar 

  115. G. von Helden, M.-T. Hsu, P. R. Kemper, and M. T. Bowers (1991).J. Chem. Phys. 95, 3835.

    Google Scholar 

  116. M. F. Jarrold and V. A. Constant (1991).Phys. Rev. Lett. 67, 2994.

    Google Scholar 

  117. M. F. Jarrold and J. E. Bower (submitted). Mobilities of silicon cluster ions: The reactivity of silicon sausages and spheres,J. Chem. Phys.

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. AT&T Bell Laboratories, 07974, Murray Hill, New Jersey

    Martin F. Jarrold

Authors
  1. Martin F. Jarrold
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Jarrold, M.F. Techniques used to study the chemistry of gas phase elemental clusters. J Clust Sci 2, 137–181 (1991). https://doi.org/10.1007/BF00702826

Download citation

  • Received:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF00702826

Key words

Search

Navigation