@phdthesis{Xie2023,
  author    = {Xie, Dongjiu},
  title     = {Nanostructured Iron-based compounds as sulfur host material for lithium-sulfur batteries},
  doi       = {10.25932/publishup-61036},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-610369},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {viii, 142},
  year      = {2023},
  abstract  = {The present thesis focuses on the synthesis of nanostructured iron-based compounds by using β-FeOOH nanospindles and poly(ionic liquid)s (PILs) vesicles as hard and soft templates, respectively, to suppress the shuttle effect of lithium polysulfides (LiPSs) in Li-S batteries. Three types of composites with different nanostructures (mesoporous nanospindle, yolk-shell nanospindle, and nanocapsule) have been synthesized and applied as sulfur host material for Li-S batteries. Their interactions with LiPSs and effects on the electrochemical performance of Li-S batteries have been systematically studied. In the first part of the thesis, carbon-coated mesoporous Fe3O4 (C@M-Fe3O4) nanospindles have been synthesized to suppress the shuttle effect of LiPSs. First, β-FeOOH nanospindles have been synthesized via the hydrolysis of iron (III) chloride in aqueous solution and after silica coating and subsequent calcination, mesoporous Fe2O3 (M-Fe2O3) have been obtained inside the confined silica layer through pyrolysis of β-FeOOH. After the removal of the silica layer, electron tomography (ET) has been applied to rebuild the 3D structure of the M-Fe2O3 nanospindles. After coating a thin layer of polydopamine (PDA) as carbon source, the PDA-coated M-Fe2O3 particles have been calcinated to synthesize C@M-Fe3O4 nanospindles. With the chemisorption of Fe3O4 and confinement of mesoporous structure to anchor LiPSs, the composite C@M-Fe3O4/S electrode delivers a remaining capacity of 507.7 mAh g-1 at 1 C after 600 cycles. In the second part of the thesis, a series of iron-based compounds (Fe3O4, FeS2, and FeS) with the same yolk-shell nanospindle morphology have been synthesized, which allows for the direct comparison of the effects of compositions on the electrochemical performance of Li-S batteries. The Fe3O4-carbon yolk-shell nanospindles have been synthesized by using the β-FeOOH nanospindles as hard template. Afterwards, Fe3O4-carbon yolk-shell nanospindles have been used as precursors to obtain iron sulfides (FeS and FeS2)-carbon yolk-shell nanospindles through sulfidation at different temperatures. Using the three types of yolk-shell nanospindles as sulfur host, the effects of compositions on interactions with LiPSs and electrochemical performance in Li-S batteries have been systematically investigated and compared. Benefiting from the chemisorption and catalytic effect of FeS2 particles and the physical confinement of the carbon shell, the FeS2-C/S electrode exhibits the best electrochemical performance with an initial specific discharge capacity of 877.6 mAh g-1 at 0.5 C and a retention ratio of 86.7\% after 350 cycles. In the third part, PILs vesicles have been used as soft template to synthesize carbon nanocapsules embedded with iron nitride particles to immobilize and catalyze LiPSs in Li-S batteries. First, 3-n-decyl-1-vinylimidazolium bromide has been used as monomer to synthesize PILs nanovesicles by free radical polymerization. Assisted by PDA coating route and ion exchange, PIL nanovesicles have been successfully applied as soft template in morphology-maintaining carbonization to prepare carbon nanocapsules embedded with iron nitride nanoparticles (FexN@C). The well-dispersed iron nitride nanoparticles effectively catalyze the conversion of LiPSs to Li2S, owing to their high electrical conductivity and strong chemical binding to LiPSs. The constructed FexN@C/S cathode demonstrates a high initial discharge capacity of 1085.0 mAh g-1 at 0.5 C with a remaining value of 930.0 mAh g-1 after 200 cycles. The results in the present thesis demonstrate the facile synthetic routes of nanostructured iron-based compounds with controllable morphologies and compositions using soft and hard colloidal templates, which can be applied as sulfur host to suppress the shuttle behavior of LiPSs. The synthesis approaches developed in this thesis are also applicable to fabricating other transition metal-based compounds with porous nanostructures for other applications.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Linke2005,
  author    = {Linke, Gunnar Torsten},
  title     = {Eigenschaften fluider Vesikeln bei endlichen Temperaturen},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-5835},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2005},
  abstract  = {In der vorliegenden Arbeit werden die Eigenschaften geschlossener fluider Membranen, sogenannter Vesikeln, bei endlichen Temperaturen untersucht. Dies beinhaltet Betrachtungen zur Form freier Vesikeln, eine Untersuchung des Adh{\"a}sionsverhaltens von Vesikeln an planaren Substraten sowie eine Untersuchung der Eigenschaften fluider Vesikeln in eingeschr{\"a}nkten Geometrien. Diese Untersuchungen fanden mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen einer triangulierten Vesikeloberfl{\"a}che statt. Die statistischen Eigenschaften der fluktuierenden fluiden Vesikeln wurden zum Teil mittels Freier-Energie-Profile analysiert. In diesem Zusammenhang wurde eine neuartige Histogrammethode entwickelt.<BR> Die Form f{\"u}r eine freie fluide Vesikel mit frei ver{\"a}nderlichem Volumen, die das Konfigurationsenergie-Funktional minimiert, ist im Falle verschwindender Temperatur eine Kugel. Mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen sowie einem analytisch behandelbaren Modellsystem konnte gezeigt werden, daß sich dieses Ergebnis nicht auf endliche Temperaturen verallgemeinern l{\"a}sst und statt dessen leicht prolate und oblate Vesikelformen gegen{\"u}ber der Kugelgestalt {\"u}berwiegen. Dabei ist die Wahrscheinlichkeit f{\"u}r eine prolate Form ein wenig gr{\"o}oßer als f{\"u}r eine oblate. Diese spontane Asph{\"a}rizit{\"a}t ist entropischen Ursprungs und tritt nicht bei zweidimensionalen Vesikeln auf. Durch osmotische Dr{\"u}cke in der Vesikel, die gr{\"o}ßer sind als in der umgebenden Fl{\"u}ssigkeit, l{\"a}sst sich die Asph{\"a}rizit{\"a}t reduzieren oder sogar kompensieren. Die {\"U}berg{\"a}nge zwischen den beobachteten prolaten und oblaten Formen erfolgen im Bereich von Millisekunden in Abwesenheit osmotisch aktiver Partikel. Bei Vorhandensein derartiger Partikel ergeben sich {\"U}bergangszeiten im Bereich von Sekunden. Im Rahmen der Untersuchung des Adh{\"a}sionsverhaltens fluider Vesikeln an planaren, homogenen Substraten konnte mit Hilfe von Monte-Carlo-Simulationen festgestellt werden, dass die Eigenschaften der Kontaktfl{\"a}che der Vesikeln stark davon abh{\"a}ngen, welche Kr{\"a}fte den Kontakt bewirken. F{\"u}r eine dominierende attraktive Wechselwirkung zwischen Substrat und Vesikelmembran sowie im Falle eines Massendichteunterschieds der Fl{\"u}ssigkeiten innerhalb und außerhalb der Vesikel, der die Vesikel auf das Substrat sinken l{\"a}sst, fndet man innerhalb der Kontakt � ache eine ortsunabh� angige Verteilung des Abstands zwischen Vesikelmembran und Substrat. Dr{\"u}ckt die Vesikel ohne Ber{\"u}cksichtigung osmotischer Effekte auf Grund einer Differenz der Massendichten der Membran und der umgebenden Fl{\"u}ssigkeit gegen das Substrat, so erh{\"a}lt man eine Abstandsverteilung zwischen Vesikelmembran und Substrat, die mit dem Abstand vom Rand der Kontaktfl{\"a}che variiert. Dieser Effekt ist zudem temperaturabh{\"a}ngig. Ferner wurde die Adh{\"a}sion fluider Vesikeln an chemisch strukturierten planaren Substraten untersucht. Durch das Wechselspiel von entropischen Effekten und Konfigurationsenergien entsteht eine komplexe Abh{\"a}ngigkeit der Vesikelform von Biegesteifigkeit, osmotischen Bedingungen und der Geometrie der attraktiven Dom{\"a}nen. F{\"u}r die Bestimmung der Biegesteifigkeit der Vesikelmembranen liefern die existierenden Verfahren stark voneinander abweichende Ergebnisse. In der vorliegenden Arbeit konnte mittels Monte-Carlo-Simulationen zur Bestimmung der Biegesteifigkeit anhand des Mikropipettenverfahrens von Evans gezeigt werden, dass dieses Verfahren die a priori f{\"u}r die Simulation vorgegebene Biegesteifigkeit im wesentlichen reproduzieren kann. Im Hinblick auf medizinisch-pharmazeutische Anwendungen ist der Durchgang fluider Vesikeln durch enge Poren relevant. In Monte-Carlo-Simulationen konnte gezeigt werden, dass ein spontaner Transport der Vesikel durch ein Konzentrationsgef{\"a}lle osmotisch aktiver Substanzen, das den physiologischen Bedingungen entspricht, induziert werden kann. Es konnten die hierf{\"u}r notwendigen osmotischen Bedingungen sowie die charakteristischen Zeitskalen abgesch{\"a}tzt werden. Im realen Experiment sind Eindringzeiten in eine enge Pore im Bereich weniger Minuten zu erwarten. Ferner konnte beobachtet werden, dass bei Vesikeln mit einer homogenen, positiven spontanen Kr{\"u}mmung Deformationen hin zu prolaten Formen leichter erfolgen als bei Vesikeln ohne spontane Kr{\"u}mmung. Mit diesem Effekt ist eine Verringerung der Energiebarriere f{\"u}r das Eindringen in eine Pore verbunden, deren Radius nur wenig kleiner als der Vesikelradius ist.},
  subject      = {Membran},
  language  = {de}
}
@phdthesis{Kukula2001,
  author    = {Kukula, Hildegard},
  title     = {Lineare und verzweigte Blockcopolymere aus Polypeptiden und synthetischen Polymeren},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-0000040},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2001},
  abstract  = {Die vorliegende Arbeit besch{\"a}ftigt sich mit der Synthese und den Eigenschaften von linearen und verzweigten amphiphilen Polypeptid-Blockcopolymeren. Die Frage nach dem Einfluss der Topologie und Konformation der Blockcopolymere auf die supramolekularen und kolloidalen Eigenschaften bildete einen wichtigen Aspekt bei den Untersuchungen. Die Blockcopolymere wurden nach einem mehrstufigen Reaktionsschema durch Kombination von anionischer und ring{\"o}ffnender Polymerisation von Aminos{\"a}uren-N-Carboxyanhydriden (NCA) synthetisiert. Die Untersuchung der Polypeptid-Blockcopolymere hinsichtlich ihres Aggregationsverhaltens in fester Phase sowie in verd{\"u}nnter w{\"a}ssriger L{\"o}sung erfolgte mittels Streumethoden (SAXS, WAXS, DLS) sowie abbildender Methoden (TEM). Durch Einsatz der Blockcopolymere als polymere Stabilisatoren in der Emulsionspolymerisation wurden Oberfl{\"a}chen funktionalisierte Latizes erhalten. Als Beispiel f{\"u}r eine pharmazeutische Anwendung wurden biovertr{\"a}gliche Polypeptid-Blockcopolymere als Wirkstoff-Tr{\"a}gersysteme in der Krebstherapie eingesetzt.},
  language  = {de}
}