TY  - JOUR
A1  - Akampurira, Denis
A1  - Akala, Hoseah M.
A1  - Derese, Solomon
A1  - Heydenreich, Matthias
A1  - Yenesew, Abiy
T1  - A new C-C linked benzophenathridine-2-quinoline dimer, and the antiplasmodial activity of alkaloids from Zanthoxylum holstzianum
JF  - Natural product research
N2  - The CH2Cl2/MeOH (1:1) extract of Zanthoxylum holstzianum stem bark showed good antiplasmodial activity (IC50 2.5 +/- 0.3 and 2.6 +/- 0.3 mu g/mL against the W2 and D6 strains of Plasmodium falciparum, respectively). From the extract five benzophenanthridine alkaloids [8-acetonyldihydrochelerythrine (1), nitidine (2), dihydrochelerythine (3), norchelerythrine (5), arnottianamide (8)]; a 2-quinolone alkaloid [N-methylflindersine (4)]; a lignan [4,4 '-dihydroxy-3,3 '-dimethoxylignan-9,9 '-diyl diacetate (7)] and a dimer of a benzophenanthridine and 2-quinoline [holstzianoquinoline (6)] were isolated. The CH2Cl2/MeOH (1:1) extract of the root bark afforded 1, 3-6, 8, chelerythridimerine (9) and 9-demethyloxychelerythrine (10). Holstzianoquinoline (6) is new, and is the second dimer linked by a C-C bond of a benzophenanthridine and a 2-quinoline reported thus far. The compounds were identified based on spectroscopic evidence. Amongst five compounds (1-5) tested against two strains of P. falciparum, nitidine (IC50 0.11 +/- 0.01 mu g/mL against W2 and D6 strains) and norchelerythrine (IC50 value of 0.15 +/- 0.01 mu g/mL against D6 strain) were the most active.
KW  - Antiplasmodial
KW  - benzophenanthridine alkaloid
KW  - holstzianoquinoline;
KW  - rutaceae
KW  - Zanthoxylum holstzianum
Y1  - 2022
U6  - https://doi.org/10.1080/14786419.2022.2034810
SN  - 1478-6419
SN  - 1478-6427
VL  - 37
IS  - 13
SP  - 2161
EP  - 2171
PB  - Taylor & Francis
CY  - London [u.a.]
ER  - 
TY  - THES
A1  - Baryzewska, Agata W.
T1  - Reconfigurable Janus emulsions as signal transducers for biosensing applications
Y1  - 2023
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Bhattacharyya, Biswajit
A1  - Balischewski, Christian
A1  - Sperlich, Eric
A1  - Günter, Christina
A1  - Mies, Stefan
A1  - Kelling, Alexandra
A1  - Taubert, Andreas
T1  - N-Butyl Pyridinium Diiodido Argentate(I)
BT  - A One-Dimensional Ag-I Network with Superior Solid-State Ionic Conductivity at Room Temperature
T2  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - A new solid-state material, N-butyl pyridinium diiodido argentate(I), is synthesized using a simple and effective one-pot approach. In the solid state, the compound exhibits 1D ([AgI2](-))(n) chains that are stabilized by the N-butyl pyridinium cation. The 1D structure is further manifested by the formation of long, needle-like crystals, as revealed from electron microscopy. As the general composition is derived from metal halide-based ionic liquids, the compound has a low melting point of 100-101 degrees C, as confirmed by differential scanning calorimetry. Most importantly, the compound has a conductivity of 10(-6) S cm(-1) at room temperature. At higher temperatures the conductivity increases and reaches to 10(-4 )S cm(-1) at 70 degrees C. In contrast to AgI, however, the current material has a highly anisotropic 1D arrangement of the ionic domains. This provides direct and tuneable access to fast and anisotropic ionic conduction. The material is thus a significant step forward beyond current ion conductors and a highly promising prototype for the rational design of highly conductive ionic solid-state conductors for battery or solar cell applications.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1341 
KW  - AgI
KW  - ionic conductivity
KW  - Ionic liquids
KW  - thermal properties
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-604874
SN  - 1866-8372
IS  - 1341
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Bhattacharyya, Biswajit
A1  - Balischewski, Christian
A1  - Sperlich, Eric
A1  - Günter, Christina
A1  - Mies, Stefan
A1  - Kelling, Alexandra
A1  - Taubert, Andreas
T1  - N-Butyl Pyridinium Diiodido Argentate(I)
BT  - A One-Dimensional Ag-I Network with Superior Solid-State Ionic Conductivity at Room Temperature
JF  - Advanced materials interfaces
N2  - A new solid-state material, N-butyl pyridinium diiodido argentate(I), is synthesized using a simple and effective one-pot approach. In the solid state, the compound exhibits 1D ([AgI2](-))(n) chains that are stabilized by the N-butyl pyridinium cation. The 1D structure is further manifested by the formation of long, needle-like crystals, as revealed from electron microscopy. As the general composition is derived from metal halide-based ionic liquids, the compound has a low melting point of 100-101 degrees C, as confirmed by differential scanning calorimetry. Most importantly, the compound has a conductivity of 10(-6) S cm(-1) at room temperature. At higher temperatures the conductivity increases and reaches to 10(-4 )S cm(-1) at 70 degrees C. In contrast to AgI, however, the current material has a highly anisotropic 1D arrangement of the ionic domains. This provides direct and tuneable access to fast and anisotropic ionic conduction. The material is thus a significant step forward beyond current ion conductors and a highly promising prototype for the rational design of highly conductive ionic solid-state conductors for battery or solar cell applications.
KW  - AgI
KW  - ionic conductivity
KW  - Ionic liquids
KW  - thermal properties
Y1  - 2023
U6  - https://doi.org/10.1002/admi.202202363
SN  - 2196-7350
VL  - 10
IS  - 12
PB  - Wiley
CY  - Hoboken
ER  - 
TY  - THES
A1  - Bouakline, Foudhil
T1  - Manifestations of Quantum-Mechanical Effects in Molecular Reaction Dynamics
N2  - This habilitation thesis summarises the research work performed by the author during the last quindecennial period. The dissertation reflects his main research interests, which revolve around quantum dynamics of small-sized molecular systems, including their interactions with electromagnetic radiation or dissipative environments. This covers various dynamical processes that involve bound-bound, bound-free, and free-free molecular transitions. The latter encompass light-triggered rovibrational or rovibronic dynamics in bound molecules, molecular photodissociation induced by weak or strong laser fields, state-to-state reactive and/or inelastic molecular collisions, and phonon-driven vibrational relaxation of adsorbates at solid surfaces. Although the dissertation covers different topics of molecular reaction dynamics, most of these studies focus on nuclear quantum effects and their manifestations in experimental measures. The latter are assessed through comparison between quantum and classical predictions, and/or direct confrontation of theory and experiment. Most well known quantum concepts and effects will be encountered in this work. Yet, almost all these quantum notions find their roots in the central pillar of quantum theory, namely, the quantum superposition principle. Indeed, quantum coherence is the main source of most quantum effects, including interference, entanglement, and even tunneling. Thus, the common and predominant theme of all the investigations of this thesis is quantum coherence, and the survival or quenching of subsequent interference effects in various molecular processes. The lion's share of the dissertation is devoted to two associated quantum concepts, which are usually overlooked in computational molecular dynamics, viz. the Berry phase and identical nuclei symmetry. The importance of the latter in dynamical molecular processes and their direct fingerprints in experimental observables also rely very much on quantum coherence and entanglement. All these quantum phenomena are thoroughly discussed within the four main topics that form the core of this thesis. Each topic is described in a separate chapter, where it is briefly summarised and then illustrated with three peer-reviewed publications. The first topic deals with the relevance of quantum coherence/interference in molecular collisions, with a focus on the hydrogen-exchange reaction, H+H2 --> H2+H, and its isotopologues. For these collision processes, the significance of interference of probability amplitudes arises because of the existence of two main scattering pathways. The latter could be inelastic and reactive scattering, direct and time-delayed scattering, or two encircling reaction paths that loop in opposite senses around a conical intersection (CI) of the H3 molecular system. Our joint theoretical-experimental investigations of these processes reveal strong interference and geometric phase (GP) effects in state-to-state reaction probabilities and differential cross sections. However, these coherent effects completely cancel in integral cross sections and reaction rate constants, due to efficient dephasing of interference between the different scattering amplitudes. As byproducts of these studies, we highlight the discovery of two novel scattering mechanisms, which contradict conventional textbook pictures of molecular reaction dynamics. The second topic concerns the effect of the Berry phase on molecular photodynamics at conical intersections. To understand this effect, we developed a topological approach that separates the total molecular wavefunction of an unbound molecular system into two components, which wind in opposite senses around the conical intersection. This separation reveals that the only effect of the geometric phase is to change the sign of the relative phase of these two components. This in turn leads to a shift in the interference pattern of the molecular system---a phase shift that is reminiscient of the celebrated Aharonov-Bohm effect. This procedure is numerically illustrated with photodynamics at model standard CIs, as well as strong-field dissociation of diatomics at light-induced conical intersections (LICIs). Besides the fundamental aspect of these studies, their findings allow to interpret and predict the effect of the GP on the state-resolved or angle-resolved spectra of pump-probe experimental schemes, particularly the distributions of photofragments in molecular photodissociation experiments. The third topic pertains to the role of the indistinguishability of identical nuclei in molecular reaction dynamics, with an emphasis on dynamical localization in highly symmetric molecules. The main object of these studies is whether nuclear-spin statistics allow dynamical localization of the electronic, vibrational, or even rotational density on a specific molecular substructure or configuration rather than on another one which is identical (indistinguishable). Group-theoretic analysis of the symmetrized molecular wavefunctions of these systems shows that nuclear permutation symmetry engenders quantum entanglement between the eigenstates of the different molecular degrees of freedom. This subsequently leads to complete quenching of dynamical localization over indistinguishable molecular substructures---an observation that is in sharp contradiction with well known textbook views of iconic molecular processes. This is illustrated with various examples of quantum dynamics in symmetric double-well achiral molecules, such as the prototypical umbrella inversion motion of ammonia, electronic Kekulé dynamics in the benzene molecule, and coupled electron-nuclear dynamics in laser-induced indirect photodissociation of the dihydrogen molecular cation. The last part of the thesis is devoted to the development of approximate wavefunction approaches for phonon-induced vibrational relaxation of adsorbates (system) at surfaces (bath). Due to the so-called 'curse of dimensionality', these system-bath complexes cannot be handled with standard wavefunction methods. To alleviate the exponential scaling of the latter, we developed approximate yet quite accurate numerical schemes that have a polynomial scaling with respect to the bath dimensionality. The corresponding algorithms combine symmetry-based reductions of the full vibrational Hilbert space and iterative Krylov techniques. These approximate wavefunction approaches resemble the 'Bixon-Jortner model' and the more general 'quantum tier model'. This is illustrated with the decay of H-Si (D-Si) vibrations on a fully H(D)-covered silicon surface, which is modelled with a phonon-bath of more than two thousand oscillators. These approximate methods allow reliable estimation of the adsorbate vibrational lifetimes, and provide some insight into vibration-phonon couplings at solid surfaces. Although this topic is mainly computational, the developed wavefunction approaches permit to describe quantum entanglement between the system and bath states, and to embody some coherent effects in the time-evolution of the (sub-)system, which cannot be accounted for with the widely used 'reduced density matrix formalism'.
N2  - Diese Habilitationsschrift fasst die Forschungsarbeiten des Autors während der letzten 15 Jahre zusammen. Die wissenschaftliche Abhandlung spiegelt seine hauptsächlichen Forschungsinteressen wider, die sich um die Quantendynamik kleiner molekularer Systeme drehen, einschließlich ihrer Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung oder dissipativer Umgebungen. Dies umfasst verschiedene dynamische Prozesse, die Übergänge zwischen molekulare Zuständen (gebunden-gebunden, gebunden-frei und frei-frei) beinhalten. Dazu zählen lichtgesteuerte rovibronische Dynamik in gebundenen Molekülen, molekulare Photodissoziation durch schwache oder starke Laserfelder, reaktive und/oder inelastische molekulare Kollisionen und phononengesteuerte Schwingungsrelaxation von Adsorbaten auf Festkörperoberflächen. Obwohl die Habilitationsschrift verschiedene Themengebiete molekularer Reaktionsdynamik abdeckt, konzentrieren sich die meisten Arbeiten auf nukleare Quanteneffekte und wie sich diese in experimentellen Messgrößen äußern.. Dies wird durch den Vergleich von quantenphysikalischen und klassischen Vorhersagen und/oder eine direkte Gegenüberstellung von Theorie und Experiment beurteilt. Die meisten wohlbekannten quantenphysikalischen Konzepte und Effekte kommen in dieser Arbeit vor. Fast alle davon beruhen auf der zentralen Säule der Quantentheorie, dem Quanten-Superpositionsprinzip. Tatsächlich ist Quantenkohärenz die Hauptquelle der meisten Quanteneffekte, einschließlich Interferenz, Verschränkung und sogar Tunneln. Daher ist das gemeinsame und vorherrschende Thema aller Untersuchungen in dieser Arbeit die Quantenkoheränz und das Fortbestehen oder die Auslöschung der daraus folgenden Interferenzauswirkungen in verschiedenen molekularen Prozessen. Der Hauptanteil dieser Habilitationsschrift behandelt zwei verwandte Quantenkonzepte, die in Molekulardynamik-Rechnungen meist keine Beachtung finden, nämlich der Berry-Phase und der Symmetrie identischer Kerne. Deren Bedeutung in dynamischen molekularen Prozessen und ihre Anzeichen in experimentellen Messgrößen beruhen auch zu großen Teilen auf Quantenkohärenz und Verschränkung. Alle diese Quantenphänomene werden in den vier Hauptthemen, die den Kern dieser Arbeit bilden, umfassend behandelt. Jedes Themengebiet wird in einem separaten Kapitel beschrieben, in dem es kurz zusammengefasst und durch drei extern begutachtete Veröffentlichungen dargestellt wird. Das erste Themengebiet behandelt die Relevanz von Interferenz bei molekularen Kollisionen, wobei der Fokus auf der Wasserstoff-Austauschreaktion, H+H2 --> H2+H, und ihren Isotopologen liegt. Die Bedeutsamkeit der Interferenz der Wahrscheinlichkeits-Amplituden für solche Kollisionsprozesse erwächst aus der Existenz zweier Haupt-Streupfade. Dabei kann es sich um inelastische und reaktive Streuung, direkte und zeitverzögerte Streuung oder zwei gegenläufige Reaktionspfade um eine konische Durchschneidung (conical intersection, CI) im H3-Molekülsystem handeln. Unsere gemeinsamen theoretische und experimentelle Untersuchungen dieser Prozesse offenbaren einen starken Einfluss von Interferenz und der geometrischen Phase (GP) auf “state-to-state” Reaktionswahrscheinlichkeiten und differentielle Querschnitte. Allerdings heben sich diese kohärenten Effekte bei integralen Querschnitten und Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten durch effiziente Dephasierung der Interferenz zwischen verschiedenen Streuamplituden komplett auf. Als Nebenprodukte dieser Studien heben wir die Entdeckung zweier neuartiger Streumechanismen hervor, die herkömmlichen Lehrbuchmeinungen widersprechen. Das zweite Thema dreht sich um die Auswirkungen der Berry-Phase auf molekulare Photodynamik an konischen Durchschneidungen. Um diesen Effekt zu verstehen, haben wir einen topologischen Ansatz entwickelt, der die gesamte molekulare Wellenfunktion eines ungebundenen molekularen Systems in zwei Komponenten trennt, die sich in unterschiedlichen Richtungen um die CI winden. Diese Unterteilung zeigt, dass die einzige Auswirkung der geometrischen Phase ein Vorzeichenwechsel der relativen Phase der beiden Komponenten ist. Dieser führt seinerseits zu einer Verschiebung im Interferenzmuster des molekularen Systems---eine Phasenverschiebung, die an den berühmten Aharonov–Bohm-Effekt erinnert. Dieses Verfahren wird numerisch anhand der Photodynamik von üblichen CI-Modellen sowie der Dissoziation von zweiatomigen Molekülen an lichtinduzierten konischen Durchschneidungen (light-induced conical intersections, LICIs) in starken Feldern dargestellt. Neben den fundamentellen Aspekten dieser Arbeiten erlauben die Ergebnisse auch, den Einfluss der geometrischen Phase auf zustandsaufgelöste oder winkelaufgelöste Spektren in “Pump-Probe”-Experimenten zu interpretieren und vorherzusagen, insbesondere die Verteilungen von Photofragmenten in Photodissoziationsexperimenten. Das dritte Themengebiet betrifft die Rolle der Ununterscheidbarkeit identischer Kerne in der molekularen Reaktionsdynamik, wobei der Schwerpunkt auf der dynamischen Lokalisierung hochsymmetrischer Moleküle liegt. Zentraler Gegenstand dieser Arbeiten ist die Frage, ob Kernspin-Statistiken eine dynamische Lokalisierung der Elektronen-, Vibrations- oder sogar Rotations-Dichte auf eine spezifische molekulare Unterstruktur oder Konfiguration anstelle einer anderen identischen (ununterscheidbaren) Teilstruktur erlauben. Gruppentheoretische Betrachtungen der symmetrisierten molekularen Wellenfunktionen dieser Systeme zeigen, dass die nukleare Permutationssymmetrie eine Quantenverschränkung zwischen den Eigenzuständen der verschiedenen molekularen Freiheitsgrade verursacht. Dies führt zu einer kompletten Löschung der dynamischen Lokalisierung auf ununterscheidbare molekulare Teilstrukturen---ein Ergebnis, das in krassem Widerspruch zu weitverbreiteten Lehrbuchansichten ikonischer molekularer Prozesse steht. Dies wird anhand verschiedener Beispiele für die Quantendynamik in achiralen Molekülen mit symmetrischem Doppelminimumspotential illustriert, wie etwa der prototypische pyramidale Inversion von Ammoniak, der elektronischen Kekulé-Dynamik im Benzol-Molekül und der gekoppelte Elektron-Kern-Dynamik bei der laser-induzierten indirekten Photodissoziation des Diwasserstoff-Kations. Der letzte Teil der Habilitationsschrift widmet sich der Entwicklung genäherter Wellenfunktions-Ansätze für die phononengesteuerte Schwingungsrelaxation von Adsorbaten (System) auf Oberflächen (Bad). Aufgrund des sogenannten “Fluchs der Dimensionalität” können diese System-Bad-Komplexe nicht mit üblichen Wellenfunktionsmethoden behandelt werden. Um deren exponentielle Skalierung zu vermindern, haben wir genäherte, aber recht genaue, numerische Verfahren mit polynomialer Skalierung in Bezug auf die Bad-Dimensionen entwickelt.. Die entsprechenden Algorithmen vereinen eine symmetriebasierte Verringerung des vollen Vibrations-Hilbertraums und iterative Krylov-Verfahren. Diese genäherten Wellenfunktionsansätze ähneln dem “Bixon-Jortner Modell” und dem allgemeineren “Quanten-Stufenmodell”. Sie werden auf den Zerfall der H(D)-Si-Schwingungen auf einer komplett mit H (D) bedeckten Siliziumoberfläche angewandt, die durch ein Phononenbad mit mehr als zweitausend Oszillatoren dargestellt wird. Diese Näherungsverfahren erlauben eine zuverlässige Abschätzung der Schwingungslebensdauern der Adsorbate und gewähren Einsicht in die Vibrations-Phonon-Kopplungen an Festkörperoberflächen. Obwohl dieses Thema hauptsächlich rechenbetont ist, ermöglichen die entwickelten Wellenfunktionsmethoden eine Beschreibung der Quantenverschränkung zwischen System- und Bad-Zuständen und die Illustration einiger kohärenter Effekte in der zeitlichen Entwicklung des (Teil-)Systems, die nicht mit dem häufig verwendeten reduzierten Dichtematrix-Formalismus erfasst werden können.
KW  - Molecular Collisions
KW  - Conical Intersections
KW  - Berry Phase
KW  - Nuclear-Spin-Statistics
KW  - Dissipation-Decoherence
KW  - Molekulare Kollisionen
KW  - Konischen Durchschneidungen
KW  - Berry-Phase
KW  - Kernspin-Statistiken
KW  - Dissipation-Dekohärenz
Y1  - 2023
ER  - 
TY  - THES
A1  - Breternitz, Joachim
T1  - Structural systematic investigations of photovoltaic absorber materials
N2  - The direct conversion of light from the sun into usable forms of energy marks one of the central cornerstones of the change of our living from the use of fossil, non-renewable energy resources towards a more sustainable economy. Besides the necessary societal changes necessary, it is  the understanding of the solids employed that is of particular importance for the success of this target. In this work, the principles and approaches of systematic-crystallographic characterisation and systematisation of solids is used and employed to allow a directed tuning of the materials properties. The thorough understanding of the solid-state forms hereby the basis, on which more applied approaches are founded.
Two material systems, which are considered as promising solar absorber materials, are at the core of this work: halide perovskites and II-IV-N2 nitride materials. While the first is renowned for its high efficiencies and rapid development in the last years, the latter is putting an emphasis on true sustainability in that toxic and scarce elements are avoided.
N2  - Die direkte Umwandlung der Energie der Sonne bildet einen zentralen Baustein im Umbau unserer Gesellschaft von der Nutzung fossiler, nicht nachhaltiger Energieträger zum Erreichen einer nachhaltigen Wirtschaft. Neben den gesellschaftlichen Veränderungen ist es insbesondere das Verständnis der genutzten Festkörper, das den Motor dieser Entwicklung bildet. In dieser Arbeit werden Prinzipien der systematisch-kristallographischen Untersuchung und Kategorisierung von Festkörpern genutzt, um die Eigenschaften der Materialien gezielt steuern zu können. Dabei bildet das Verständnis des kristallinen Zustands und seine Untersuchung die Basis, auf der angewandtere Forschungsansätze aufbauen.
In dieser Arbeit werden vor allem zwei Materialsysteme betrachtet, die als Absorbermaterialien in Solarzellen in Betracht gezogen werden: Halid-Perowskite und II-IV-N2-Nitrid Materialien. Die ersteren zeichnen sich insbesondere durch ihre erstaunlich hohen Effizienzen und rapide Entwicklung in den letzten Jahren aus, während das letztere System in besonderer Weise auf Nachhaltigkeit optimiert ist, und giftige oder seltene Elemente zu vermeiden sucht.
KW  - Materials Chemistry
KW  - Crystallography
KW  - Photovoltaics
Y1  - 2023
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Brinkmann, Pia
A1  - Köllner, Nicole
A1  - Merk, Sven
A1  - Beitz, Toralf
A1  - Altenberger, Uwe
A1  - Löhmannsröben, Hans-Gerd
T1  - Comparison of handheld and echelle spectrometer to assess copper in ores by means of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)
JF  - Minerals
N2  - Its properties make copper one of the world’s most important functional metals. Numerous megatrends are increasing the demand for copper. This requires the prospection and exploration of new deposits, as well as the monitoring of copper quality in the various production steps. A promising technique to perform these tasks is Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Its unique feature, among others, is the ability to measure on site without sample collection and preparation. In this work, copper-bearing minerals from two different deposits are studied. The first set of field samples come from a volcanogenic massive sulfide (VMS) deposit, the second part from a stratiform sedimentary copper (SSC) deposit. Different approaches are used to analyze the data. First, univariate regression (UVR) is used. However, due to the strong influence of matrix effects, this is not suitable for the quantitative analysis of copper grades. Second, the multivariate method of partial least squares regression (PLSR) is used, which is more suitable for quantification. In addition, the effects of the surrounding matrices on the LIBS data are characterized by principal component analysis (PCA), alternative regression methods to PLSR are tested and the PLSR calibration is validated using field samples.
KW  - LIBS
KW  - copper-bearing minerals
KW  - UVR
KW  - PCA
KW  - PLSR
Y1  - 2023
U6  - https://doi.org/10.3390/min13010113
SN  - 2075-163X
VL  - 13
IS  - 1
PB  - MDPI
CY  - Basel
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Brinkmann, Pia
A1  - Köllner, Nicole
A1  - Merk, Sven
A1  - Beitz, Toralf
A1  - Altenberger, Uwe
A1  - Löhmannsröben, Hans-Gerd
T1  - Comparison of handheld and echelle spectrometer to assess copper in ores by means of laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)
T2  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - Its properties make copper one of the world’s most important functional metals. Numerous megatrends are increasing the demand for copper. This requires the prospection and exploration of new deposits, as well as the monitoring of copper quality in the various production steps. A promising technique to perform these tasks is Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). Its unique feature, among others, is the ability to measure on site without sample collection and preparation. In this work, copper-bearing minerals from two different deposits are studied. The first set of field samples come from a volcanogenic massive sulfide (VMS) deposit, the second part from a stratiform sedimentary copper (SSC) deposit. Different approaches are used to analyze the data. First, univariate regression (UVR) is used. However, due to the strong influence of matrix effects, this is not suitable for the quantitative analysis of copper grades. Second, the multivariate method of partial least squares regression (PLSR) is used, which is more suitable for quantification. In addition, the effects of the surrounding matrices on the LIBS data are characterized by principal component analysis (PCA), alternative regression methods to PLSR are tested and the PLSR calibration is validated using field samples.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1311 
KW  - LIBS
KW  - copper-bearing minerals
KW  - UVR
KW  - PCA
KW  - PLSR
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-584742
SN  - 1866-8372
IS  - 1311
ER  - 
TY  - THES
A1  - Chemura, Sitshengisiwe
T1  - Optical spectroscopy on lanthanide-modified nanomaterials for performance monitoring
T1  - Optische Spektroskopie an Lanthanid-modifizierten Nanomaterialien zur Leistungsüberwachung
N2  - Lanthanide based ceria nanomaterials are important practical materials due to their redox properties that are useful in technology and life sciences. This PhD thesis examined various properties and potential for catalytic and bio-applications of Ln3+-doped ceria nanomaterials. Ce1-xGdxO2-y: Eu3+, gadolinium doped ceria (GDC) (0 ≤ x ≤ 0.4) nanoparticles were synthesized by flame spray pyrolysis (FSP) and studied, followed by 15 % CexZr1-xO2-y: Eu3+|YSZ (0 ≤ x ≤ 1) nanocomposites. Furthermore, Ce1-xYb xO2-y (0.004 ≤ x ≤ 0.22) nanoparticles were synthesized by thermal decomposition and characterized. Finally, CeO2-y: Eu3+ nanoparticles were synthesized by a microemulsion method, biofunctionalized and characterized. The studies undertaken presents a novel approach to structurally elucidate ceria-based nanomaterials by way of Eu3+ and Yb3+ spectroscopy and processing the spectroscopic data with the multi-way decomposition method PARAFAC. Data sets of the three variables: excitation wavelength, emission wavelength and time were used to perform the deconvolution of spectra.
GDC nanoparticles from FSP are nano-sized and of roughly cubic shape and crystal structure (Fm3̅m). Raman data revealed four vibrational modes exhibited by Gd3+ containing samples whereas CeO2-y: Eu3+ displays only two. The room temperature, time-resolved emission spectra recorded at λexcitation = 464 nm show that Gd3+ doping results in significantly altered emission spectra compared to pure ceria. The PARAFAC analysis for the pure ceria samples reveals two species; a high-symmetry species and a low-symmetry species. The GDC samples yield two low-symmetry spectra in the same experiment. High-resolution emission spectra recorded at 4 K after probing the 5D0-7F0 transition revealed additional variation in the low symmetry Eu3+ sites in pure ceria and GDC. The data of the Gd3+-containing samples indicates that the average charge density around the Eu3+ ions in the lattice is inversely related to Gd3+ and oxygen vacancy concentration. 
The particle crystallites of the 773 K and 1273 K annealed Yb3+ -ceria nanostructure materials are nano-sized and have a cubic fluorite structure with four Raman vibrational modes. Elemental maps clearly show that cluster formation occurs for 773 K annealed with high Yb3+ ion concentration from 15 mol % in the ceria lattice. These clusters are destroyed with annealing to 1273 K. The emission spectra observed from room temperature and 4 K measurements for the Ce1-xYb xO2-y samples have a manifold that corresponds to the 2F5/2-2F7/2 transition of Yb3+ ions. Some small shifts are observed in the Stark splitting pattern and are induced by the variations of the crystal field influenced by where the Yb3+ ions are located in the crystal lattices in the samples. Upon mixing ceria with high Yb3+ concentrations, the 2F5/2-2F7/2 transition is also observed in the Stark splitting pattern, but the spectra consist of two broad high background dominated peaks. Annealing the nanomaterials at 1273 K for 2 h changes the spectral signature as new peaks emerge. The deconvolution yielded luminescence decay kinetics as well as the accompanying luminescence spectra of three species for each of the low Yb3+ doped ceria samples annealed at 773 K and one species for the 1273 K annealed samples. However, the ceria samples with high Yb3+ concentration annealed at the two temperatures yielded one species with lower decay times as compared to the Yb3+ doped ceria samples after PARAFAC analysis. 
Through the calcination of the nanocomposites at two high temperatures, the evolution of the emission patterns from specific Eu3+ lattice sites to indicate structural changes for the nanocomposites was followed.  The spectroscopy results effectively complemented the data obtained from the conventional techniques. Annealing the samples at 773 K, resulted in amorphous, unordered domains whereas the TLS of the 1273 K nanocomposites reveal two distinct sites, with most red shifted Eu3+ species coming from pure Eu3+ doped ZrO2 on the YSZ support. 
Finally, for Eu3+ doped ceria, successful transfer from hydrophobic to water phase and subsequent biocompatibility was achieved using ssDNA. PARAFAC analysis for the Eu3+ in nanoparticles dispersed in toluene and water revealed one Eu3+ species, with slightly differing surface properties for the nanoparticles as far as the luminescence kinetics and solvent environments were concerned. Several functionalized nanoparticles conjugated onto origami triangles after hybridization were visualized by atomic force microscopy (AFM). Putting all into consideration, Eu3+ and Yb3+ spectroscopy was used to monitor the structural changes and determining the feasibility of the nanoparticle transfer into water. PARAFAC proves to be a powerful tool to analyze lanthanide spectra in crystalline solid materials and in solutions, which are characterized by numerous Stark transitions and where measurements usually yield a superposition of different emission contributions to any given spectrum.
N2  - Ceroxid-Nanomaterialien auf Lanthanidbasis sind aufgrund ihrer Redox-Eigenschaften wichtige praktische Materialien, die in der Technik und den Biowissenschaften von Nutzen sind. In dieser Dissertation wurden verschiedene Eigenschaften und das Potenzial für katalytische und biologische Anwendungen von Ln3+-dotierten Ceroxid-Nanomaterialien untersucht. Ce1-xGdxO2-y:Eu3+, gadoliniumdotierte Ceroxid (GDC) (0.0 ≤ x ≤ 0.4) Nanopartikel wurden durch Flammenspray-Pyrolyse (FSP) synthetisiert und untersucht, gefolgt von 15 % CexZr1-xO2-y:Eu3+|YSZ (0 ≤ x ≤ 1) Nanokompositen. Außerdem wurden Ce1-xYbxO2-y (0.004 ≤ x ≤ 0.22) Nanopartikel durch thermische Zersetzung synthetisiert und charakterisiert. Schließlich wurden CeO2-y:Eu3+-Nanopartikel durch eine Mikroemulsionsmethode synthetisiert, biofunktionalisiert und charakterisiert. In den durchgeführten Studien wird ein neuartiger Ansatz zur Strukturaufklärung von Nanomaterialien auf Ceroxidbasis mittels Eu3+- und Yb3+-Spektroskopie und Verarbeitung der spektroskopischen Daten mit der Zerlegungsmethode PARAFAC vorgestellt. Für die Entfaltung der Spektren wurden Datensätze mit den drei Variablen Anregungswellenlänge, Emissionswellenlänge und Zeit verwendet.
GDC-Partikel aus FSP sind Nanometer groß und besitzen eine grob kubische Form und Kristallstruktur (Fm3̅m). Raman-Daten zeigten vier Schwingungsmoden bei Gd3+-haltigen Proben, während CeO2-y:Eu3+ nur zwei aufweist. Die bei Raumtemperatur aufgezeichneten zeitaufgelösten Emissionsspektren bei λAnregung = 464 nm zeigen, dass die Gd3+-Dotierung im Vergleich zu reinem Ceroxid zu deutlich veränderten Emissionsspektren führt. Die PARAFAC-Analyse für die reinen Ceroxidproben zeigt zwei Spezies: eine hochsymmetrische Spezies und eine niedrigsymmetrische Spezies. Die GDC-Proben liefern im selben Experiment zwei niedrigsymmetrische Species. Hochauflösende Emissionsspektren, die bei 4 K nach der Untersuchung des 5D0-7F0-Übergangs aufgezeichnet wurden, ergaben zusätzliche Variationen bei den niedrigsymmetrischen Eu3+-Stellen in reinem Ceroxid und GDC. Die Daten der Gd3+-haltigen Proben deuten darauf hin, dass die durchschnittliche Ladungsdichte um die Eu3+-Ionen im Gitter in umgekehrter Beziehung zur Gd3+- und Sauerstoffleerstellen-Konzentration steht.
Die Partikelkristallite der bei 773 K und 1273 K geglühten Yb3+-Ceroxid-Nanostrukturen sind nanoskalig und haben eine kubische Fluoritstruktur mit vier Raman-Schwingungsmoden. Elementverteilungen zeigen deutlich, dass sich bei 773 K, geglüht mit einer hohen Yb3+-Ionenkonzentration ab 15 Mol-% im Ceroxidgitter, Cluster bilden. Diese Cluster werden beim Glühen auf 1273 K zerstört. Die Emissionsspektren, die bei Messungen bei Raumtemperatur und 4 K für die Ce1-xYbxO2-y-Proben beobachtet wurden, weisen vielfältige Banden auf, die dem 2F5/2-2F7/2-Übergang der Yb3+-Ionen entspricht. Es werden einige kleine Verschiebungen im Stark-Aufspaltungsmuster beobachtet, die durch die Variationen des Kristallfeldes verursacht werden, in Abhängigkeit der Positionen der Yb3+-Ionen in den Kristallgittern. Beim Mischen von Ceroxid mit hohen Yb3+-Konzentrationen wird der 2F5/2-2F7/2-Übergang auch im Stark-Aufspaltungsmuster beobachtet, aber die Spektren bestehen aus zwei breiten, vom Hintergrund dominierten Peaks. Das Ausglühen der Nanomaterialien bei 1273 K für 2 Stunden verändert die spektrale Signatur, da neue Emissionsbanden entstehen. Die Entfaltung ergab die Lumineszenz-Abklingkinetik sowie die begleitenden Lumineszenzspektren von drei Spezies für jede der niedrig Yb3+-dotierten Ceroxidproben, die bei 773 K geglüht wurden, und eine Spezies für die bei 1273 K geglühten Proben. Die bei beiden Temperaturen geglühten Ceroxidproben mit hoher Yb3+-Konzentration ergaben jedoch eine Spezies mit geringeren Abklingzeiten als die Yb3+-dotierten Ceroxidproben nach der PARAFAC-Analyse.
Durch die Kalzinierung der Nanokomposite bei zwei hohen Temperaturen wurde die Entwicklung der Emissionsmuster von spezifischen Eu3+-Gitterplätzen verfolgt, die auf strukturelle Veränderungen der Nanokomposite hinweisen. Die Ergebnisse der Spektroskopie ergänzten die mit den konventionellen Techniken gewonnenen Daten. Das Ausglühen der Proben bei 773 K führte zu amorphen, ungeordneten Domänen, während die totalen Lumineszenzpektren der Nanokomposite bei 1273 K zwei unterschiedliche Stellen erkennen lassen, wobei die meisten rotverschobenen Eu3+-Spezies von reinem Eu3+-dotiertem ZrO2 auf dem YSZ-Träger stammen.
Schließlich wurde für Eu3+-dotiertes Ceroxid ein erfolgreicher Transfer von der hydrophoben in die Wasserphase und eine anschließende Biokompatibilität mit ssDNA erreicht. Die PARAFAC-Analyse für Eu3+ in Nanopartikeln, die in Toluol und Wasser dispergiert wurden, ergab eine Eu3+-Spezies mit leicht unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften der Nanopartikel, was die Lumineszenzkinetik und die Lösungsmittelumgebung betraf. Mehrere funktionalisierte Nanopartikel, die nach der Hybridisierung auf Origami-Dreiecken konjugiert waren, wurden mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie (AFM) sichtbar gemacht. Die Eu3+- und Yb3+-Spektroskopie wurde eingesetzt, um die strukturellen Veränderungen zu überwachen und die Möglichkeit des Transfers der Nanopartikel in Wasser zu bestimmen. PARAFAC erweist sich als ein leistungsfähiges Instrument zur Analyse von Lanthanidenspektren in kristallinen Feststoffen und in Lösungen, die durch zahlreiche Stark-Übergänge gekennzeichnet sind und bei denen Messungen in der Regel eine Überlagerung verschiedener Emissionsbeiträge zu einem bestimmten Spektrum ergeben.
KW  - cerium oxide
KW  - europium
KW  - luminescence
KW  - PARAFAC
KW  - ytterbium
KW  - species
KW  - Ceroxid
KW  - Lumineszenz
KW  - Nanokomposite
KW  - Spezies
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-619443
ER  - 
TY  - GEN
A1  - Dettmann, Sophie
A1  - Huittinen, Nina Maria
A1  - Jahn, Nicolas
A1  - Kretzschmar, Jerome
A1  - Kumke, Michael
A1  - Kutyma, Tamara
A1  - Lohmann, Janik
A1  - Reich, Tobias
A1  - Schmeide, Katja
A1  - Azzam, Salim Shams Aldin
A1  - Spittler, Leon
A1  - Stietz, Janina
T1  - Influence of gluconate on the retention of Eu(III), Am(III), Th(IV), Pu(IV), and U(VI) by C-S-H (C/S = 0.8)
T2  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe
N2  - The retention of actinides in different oxidation states (An(X), X = III, IV, VI) by a calcium-silicate-hydrate (C-S-H) phase with a Ca/Si (C/S) ratio of 0.8 was investigated in the presence of gluconate (GLU). The actinides considered were Am(III), Th(IV), Pu(IV), and U(VI). Eu(III) was investigated as chemical analogue for Am(III) and Cm(III). In addition to the ternary systems An(X)/GLU/C-S-H, also binary systems An(X)/C-S-H, GLU/C-S-H, and An(X)/GLU were studied. Complementary analytical techniques were applied to address the different specific aspects of the binary and ternary systems. Time-resolved laser-induced luminescence spectroscopy (TRLFS) was applied in combination with parallel factor analysis (PARAFAC) to identify retained species and to monitor species-selective sorption kinetics. ¹³C and ²⁹Si magic-angle-spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were applied to determine the bulk structure and the composition of the C-S-H surface, respectively, in the absence and presence of GLU. The interaction of Th(IV) with GLU in different electrolytes was studied by capillary electrophoresis-inductively coupled plasma mass spectrometry (CE-ICP-MS). The influence of GLU on An(X) retention was investigated for a large concentration range up to 10⁻² M. The results showed that GLU had little to no effect on the overall An(X) retention by C-S-H with C/S of 0.8, regardless of the oxidation state of the actinides. For Eu(III), the TRLFS investigations additionally implied the formation of a Eu(III)-bearing precipitate with dissolved constituents of the C-S-H phase, which becomes structurally altered by the presence of GLU. For U(VI) sorption on the C-S-H phase, only a small influence of GLU could be established in the luminescence spectroscopic investigations, and no precipitation of U(VI)-containing secondary phases could be identified.
T3  - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1318 
KW  - actinide, organic ligand, sorption, cementitious material, concrete, luminescence
KW  - organic ligand
KW  - sorption
KW  - cementitious material
KW  - concrete
KW  - luminescence
Y1  - 2023
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-588455
SN  - 1866-8372
IS  - 1318
ER  -