TY - GEN A1 - König, Jana A1 - Kelling, Alexandra A1 - Schilde, Uwe A1 - Strauch, Peter T1 - [µ2-O,O′,Oʺ,Oʺ′-Bis(1,2-dithiooxalato-S,S′)nickel(II)]bis[-O,O′-bis(1,2-dithiooxalato-S,S′)-nickel(II)pentaquaholmium(III)]hydrate, [Ho2Ni3(dto)6(H2O)10] N2 - Planar bis(1,2-dithiooxalato)nickelate(II), [Ni(dto)]2− reacts in aqueous solutions with lanthanide ions (Ln3+) to form pentanuclear, hetero-bimetallic complexes of the general composition [{Ln(H2O)n}2{Ni(dto)2}3]·xH2O. (n = 4 or 5; x = 9–12). The complex [{Ho(H2O)5}2{Ni(dto)2}3]·10H2O, Ho2Ni3, was synthesized and characterized by single crystal X-ray structure analysis and powder diffraction. The Ho2Ni3 complex crystallizes as monoclinic crystals in the space group P21/c. The channels and cavities, appearing in the crystal packing of the complex molecules, are occupied by a varying amount of non-coordinated water molecules. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 360 KW - lanthanides KW - holmium(III) KW - 1,2-dithiooxalate KW - crystal structure KW - nickel(II) Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400598 ER - TY - THES A1 - Kumke, Michael Uwe T1 - Huminstoffe und organische Modellliganden und ihre Wechselwirkung mit Metallionen und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen T1 - Humic substances and organic model ligands – Interactions with metal ions and polycyclic aromatic hydrocarbons N2 - Immobilisierung bzw. Mobilisierung und Transport von Schadstoffen in der Umwelt, besonders in den Kompartimenten Boden und Wasser, sind von fundamentaler Bedeutung für unser (Über)Leben auf der Erde. Einer der Hauptreaktionspartner für organische und anorganische Schadstoffe (Xenobiotika) in der Umwelt sind Huminstoffe (HS). HS sind Abbauprodukte pflanzlichen und tierischen Gewebes, die durch eine Kombination von chemischen und biologischen Ab- und Umbauprozessen entstehen. Bedingt durch ihre Genese stellen HS außerordentlich heterogene Stoffsysteme dar, die eine Palette von verschiedenartigen Wechselwirkungen mit Schadstoffen zeigen. Die Untersuchung der fundamentalen Wechselwirkungsmechanismen stellt ebenso wie deren quantitative Beschreibung höchste Anforderungen an die Untersuchungsmethoden. Zur qualitativen und quantitativen Charakterisierung der Wechselwirkungen zwischen HS und Xenobiotika werden demnach analytische Methoden benötigt, die bei der Untersuchung von extrem heterogenen Systemen aussagekräftige Daten zu liefern vermögen. Besonders spektroskopische Verfahren, wie z.B. lumineszenz-basierte Verfahren, besitzen neben der hervorragenden Selektivität und Sensitivität, auch eine Multidimensionalität (bei der Lumineszenz sind es die Beobachtungsgrößen Intensität IF, Anregungswellenlänge lex, Emissionswellenlänge lem und Fluoreszenzabklingzeit tF), die es gestattet, auch heterogene Systeme wie HS direkt zu untersuchen. Zur Charakterisierung können sowohl die intrinsischen Fluoreszenzeigenschaften der HS als auch die von speziell eingeführten Lumineszenzsonden verwendet werden. In beiden Fällen werden die zu Grunde liegenden fundamentalen Konzepte der Wechselwirkungen von HS mit Xenobiotika untersucht und charakterisiert. Für die intrinsische Fluoreszenz der HS konnte gezeigt werden, dass neben molekularen Strukturen besonders die Verknüpfung der Fluorophore im Gesamt-HS-Molekül von Bedeutung ist. Konformative Freiheit und die Nachbarschaft zu als Energieakzeptor fungierenden HS-eigenen Gruppen sind wichtige Komponenten für die Charakteristik der HS-Fluoreszenz. Die Löschung der intrinsischen Fluoreszenz durch Metallkomplexierung ist demnach auch das Resultat der veränderten konformativen Freiheit der HS durch die gebundenen Metallionen. Es zeigte sich, dass abhängig vom Metallion sowohl Löschung als auch Verstärkung der intrinsischen HS-Fluoreszenz beobachtet werden kann. Als extrinsische Lumineszenzsonden mit wohl-charakterisierten photophysikalischen Eigenschaften wurden polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Lanthanoid-Ionen eingesetzt. Durch Untersuchungen bei sehr niedrigen Temperaturen (10 K) konnte erstmals die Mikroumgebung von an HS gebundenen hydrophoben Xenobiotika untersucht werden. Im Vergleich mit Raumtemperaturexperimenten konnte gezeigt werden, dass hydrophobe Xenobiotika an HS-gebunden in einer Mikroumgebung, die in ihrer Polarität analog zu kurzkettigen Alkoholen ist, vorliegen. Für den Fall der Metallkomplexierung wurden Energietransferprozesse zwischen HS und Lanthanoidionen bzw. zwischen verschiedenen, gebundenen Lanthanoidionen untersucht. Basierend auf diesen Messungen können Aussagen über die beteiligten elektronischen Zustände der HS einerseits und Entfernungen von Metallbindungsstellen in HS selbst angeben werden. Es ist dabei zu beachten, dass die Experimente in Lösung bei realen Konzentrationen durchgeführt wurden. Aus Messung der Energietransferraten können direkte Aussagen über Konformationsänderungen bzw. Aggregationsprozesse von HS abgeleitet werden. N2 - Transport and fate of xenobiotics in the environment, especially in water and soil, are of utmost importance for life on earth. A major reaction partner for xenobiotics in the environment are humic substances (HS). HS are degradation products of plant and animal tissue, which are formed in a combination of subsequent chemical and/or biochemical processes. Because of the complex history of their origin HS are extremely heterogeneous mixtures of different compounds. Consequently, they posses a great variety of interaction capabilities with various xenobiotics. The investigations of the fundamental interaction mechanisms between HS and xenobiotics make high demands on the analytical techniques used. Especially spectroscopic techniques are promising for the investigation of interaction mechanisms in complex systems. Luminescence spectroscopy has the great advantage of outstanding sensitivity and of multidimensionality, which in principle allows the investigation of HS under environmental relevant conditions. For the characterisation of interaction processes of HS with xenobiotics the intrinsic fluorescence of HS as well as the luminescence of extrinsic probes can be used. The intrinsic HS fluorescence is determined by the molecular structure as well as the connection of the basic fluorophores. Conformational freedom as well as the presence of energy accepting groups in the neighbourhood of the fluorophores are highly important for the overall intrinsic HS fluorescence. The presence of metal ions can either quench or enhance the intrinsic HS fluorescence, which depends on the metal ion as well as on the origin of the HS investigated. While in most cases Al3+ ions enhance the intrinsic HS fluorescence, Ln3+ ions induce a fluorescence quenching. Polycyclic aromatic hydrocarbons were used as extrinsic fluorescence probes in order to characterize the interaction of HS and hydrophobic organic xenobiotics. In investigations at ultra-low temperatures (10 K) it could be shown that pyrene is bound in a HS microenvironment with an polarity which resembles that of small alcohols (e.g., butanol). In case of metal complexation, the lanthanide ions Eu3+ and Tb3+ were used as luminescence probes. Due to the outstanding luminescence properties of those ions, information about metal binding sites in HS were obtained. Based on the measurements of intramolecular and intermolecular energy transfer processes average distances of metal binding sites were deduced. KW - Fluoreszenz KW - Huminstoffe KW - Lanthanoide KW - Huminstoffe KW - Fluoreszenz KW - Lanthanoide KW - Resonanzenergietransfer KW - Lumineszenzsonden KW - Fluorescence KW - humic substances KW - resonance energy transfer KW - luminescence probes KW - lanthanides Y1 - 2005 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-6066 ER - TY - THES A1 - Klier, Dennis Tobias T1 - Upconversion luminescence in Er-codoped NaYF4 nanoparticles T1 - Frequenzaufkonversion in Er-codotierten NaYF4 Nanopartikeln BT - fundamental photophysics and optimization for life science applications BT - fundamentale Photophysik und Optimierung für Anwendungen in den Lebenswissenschaften N2 - In the context of an increasing population of aging people and a shift of medical paradigm towards an individualized medicine in health care, nanostructured lanthanides doped sodium yttrium fluoride (NaYF4) represents an exciting class of upconversion nanomaterials (UCNM) which are suitable to bring forward developments in biomedicine and -biodetection. Despite the fact that among various fluoride based upconversion (UC) phosphors lanthanide doped NaYF4 is one of the most studied upconversion nanomaterial, many open questions are still remaining concerning the interplay of the population routes of sensitizer and activator electronic states involved in different luminescence upconversion photophysics as well as the role of phonon coupling. The collective work aims to explore a detailed understanding of the upconversion mechanism in nanoscaled NaYF4 based materials co-doped with several lanthanides, e.g. Yb3+ and Er3+ as the "standard" type upconversion nanoparticles (UCNP) up to advanced UCNP with Gd3+ and Nd3+. Especially the impact of the crystal lattice structure as well as the resulting lattice phonons on the upconversion luminescence was investigated in detail based on different mixtures of cubic and hexagonal NaYF4 nanoscaled crystals. Three synthesis methods, depending on the attempt of the respective central spectroscopic questions, could be accomplished in the following work. NaYF4 based upconversion nanoparticles doped with several combination of lanthanides (Yb3+, Er3+, Gd3+ and Nd3+) were synthesized successfully using a hydrothermal synthesis method under mild conditions as well as a co-precipitation and a high temperature co-precipitation technique. Structural information were gathered by means of X-ray diffraction (XRD), electron microscopy (TEM), dynamic light scattering (DLS), Raman spectroscopy and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-OES). The results were discussed in detail with relation to the spectroscopic results. A variable spectroscopic setup was developed for multi parameter upconversion luminescence studies at various temperature 4 K to 328 K. Especially, the study of the thermal behavior of upconversion luminescence as well as time resolved area normalized emission spectra were a prerequisite for the detailed understanding of intramolecular deactivation processes, structural changes upon annealing or Gd3+ concentration, and the role of phonon coupling for the upconversion efficiency. Subsequently it became possible to synthesize UCNP with tailored upconversion luminescence properties. In the end, the potential of UCNP for life science application should be enunciated in context of current needs and improvements of a nanomaterial based optical sensors, whereas the "standard" UCNP design was attuned according to the special conditions in the biological matrix. In terms of a better biocompatibility due to a lower impact on biological tissue and higher penetrability for the excitation light. The first step into this direction was to use Nd3+ ions as a new sensitizer in tridoped NaYF4 based UCNP, whereas the achieved absolute and relative temperature sensitivity is comparable to other types of local temperature sensors in the literature. N2 - Ziel der Arbeit war es ein erweitertes Verständnis des Mechanismus der Lichtaufkonversion, sowie dessen gezielte Manipulation in verschiedenen Nanomaterialien auf Natriumyttrium-fluoridbasis zu erlangen. Die optischen Eigenschaften werden dabei durch eine gezielte Zusammenstellung verschiedener Lanthanoidionen hervorgerufen, welche während der Synthese in die Materialien eingebracht werden. Der Fokus lag hierbei in der Aufklärung des Zusammenspiels zwischen der Struktur der Materialien und deren Lichtaufkonver-sionsvermögen sowie dem Erlangen eines generellen Verständnisses der einzelnen Teilschritte des Lichtaufkonversionsmechanismus. Dabei wird das Licht, welches nach Anregung der Lanthanoidionen durch einen Laser von diesen emittiert wird, hinsichtlich der Farbzusammensetzung und des Abklingverhaltens der Lumineszenz untersucht. Diese Erkenntnisse geben sowohl einen Einblick in die verschiedenen Teilschritte des Lichtaufkonversionsmechanismus, als auch deren Korrelation zur Struktur der Nanomaterialien. Während der Arbeit wurde ein variabler Messplatz mit einer wellenlängendurchstimmbaren Anregungslichtquelle, einer Detektionseinheit mit hervorragender spektraler und zeitlicher Auflösung für die Messung des emittierten Lichtes sowie einer Temperiereinheit, mit der die Proben in einem Temperaturbereich von 4 Kelvin (-269,15 °C) bis 328 Kelvin (50 °C) temperiert werden können, aufgebaut. Die Proben wurden mithilfe der modernen Kopräzipitations- und Hydrothermalsynthese in verschiedenen Zusammensetzungen und Oberflächenmodifizierungen hergestellt, um sowohl Partikel für fundamentale Untersuchungen der Lichtaufkonversion verfügbar zu haben, als auch den hohen Anforderungen für Anwendungen in den Lebenswissenschaften gerecht zu werden. Die Reaktion fand bei hohen Temperaturen (160 °C bis 320 °C) unter Schutzgasatmosphäre statt und gewährleistete so die Bildung von hochkristallinen Partikeln, deren Größe stark mit der Synthesetemperatur korreliert. Mithilfe von zeitaufgelösten Lumineszenzuntersuchungen gelang ein sehr detaillierter Einblick in strukturelle Veränderungen der Nanopartikeln, welche durch klassische strukturanalytische Methoden, wie der Röntgenpulverdiffraktometrie, nicht in dem Maße möglich sind. Zudem konnte ein erheblicher Teil dazu beigetragen werden, das komplexe Zusammenspiel von Energietransportmechanismen, Gitterschwingungen und thermisch induzierten Prozessen zu verstehen. Zuletzt wurden, basierend auf der Vielzahl an gewonnenen Erkenntnissen, speziell designte Nanopartikel hergestellt. Die Farbe des Emissionslichts dieser Partikel wies dabei eine hohe Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur auf. Auftretende Herausforderungen induziert durch das verwendete Anregungslicht im Nahinfrarotenbereich, wie das Aufheizen oder die zu hohe Absorption der Probe, wurden durch die Erweiterung des Aufkonversionssystems gelöst. Damit konnten beste Voraussetzungen für potentielle Anwendungen, wie zum Beispiel als Nanothermometer geschaffen werden. KW - Nanopartikel KW - nanoparticle KW - Frequenzaufkonversion KW - upconversion KW - Lanthanoide KW - lanthanides Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98486 ER - TY - GEN A1 - Hesse, Julia A1 - Klier, Dennis Tobias A1 - Sgarzi, Massimo A1 - Nsubuga, Anne A1 - Bauer, Christoph A1 - Grenzer, Jörg A1 - Hübner, René A1 - Wislicenus, Marcus A1 - Joshi, Tanmaya A1 - Kumke, Michael Uwe A1 - Stephan, Holger T1 - Rapid synthesis of sub-10 nm hexagonal NaYF4-based upconverting nanoparticles using Therminol® 66 T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - We report a simple one-pot method for the rapid preparation of sub-10nm pure hexagonal (-phase) NaYF4-based upconverting nanoparticles (UCNPs). Using Therminol((R))66 as a co-solvent, monodisperse UCNPs could be obtained in unusually short reaction times. By varying the reaction time and reaction temperature, it was possible to control precisely the particle size and crystalline phase of the UCNPs. The upconversion (UC) luminescence properties of the nanocrystals were tuned by varying the concentrations of the dopants (Nd3+ and Yb3+ sensitizer ions and Er3+ activator ions). The size and phase-purity of the as-synthesized core and core-shell nanocrystals were assessed by using complementary transmission electron microscopy, dynamic light scattering, X-ray diffraction, and small-angle X-ray scattering studies. In-depth photophysical evaluation of the UCNPs was pursued by using steady-state and time-resolved luminescence spectroscopy. An enhancement in the UC intensity was observed if the nanocrystals, doped with optimized concentrations of lanthanide sensitizer/activator ions, were further coated with an inert/active shell. This was attributed to the suppression of surface-related luminescence quenching effects. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 613 KW - core-shell materials KW - lanthanides KW - nanostructures KW - photoluminescence KW - upconversion Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-423515 SN - 1866-8372 IS - 613 ER - TY - JOUR A1 - Hesse, Julia A1 - Klier, Dennis Tobias A1 - Sgarzi, Massimo A1 - Nsubuga, Anne A1 - Bauer, Christoph A1 - Grenzer, Joerg A1 - Hübner, Rene A1 - Wislicenus, Marcus A1 - Joshi, Tanmaya A1 - Kumke, Michael Uwe A1 - Stephan, Holger T1 - Rapid Synthesis of Sub-10nm Hexagonal NaYF4-Based Upconverting Nanoparticles using Therminol((R))66 JF - ChemistryOpen : including thesis treasury N2 - We report a simple one-pot method for the rapid preparation of sub-10nm pure hexagonal (-phase) NaYF4-based upconverting nanoparticles (UCNPs). Using Therminol((R))66 as a co-solvent, monodisperse UCNPs could be obtained in unusually short reaction times. By varying the reaction time and reaction temperature, it was possible to control precisely the particle size and crystalline phase of the UCNPs. The upconversion (UC) luminescence properties of the nanocrystals were tuned by varying the concentrations of the dopants (Nd3+ and Yb3+ sensitizer ions and Er3+ activator ions). The size and phase-purity of the as-synthesized core and core-shell nanocrystals were assessed by using complementary transmission electron microscopy, dynamic light scattering, X-ray diffraction, and small-angle X-ray scattering studies. In-depth photophysical evaluation of the UCNPs was pursued by using steady-state and time-resolved luminescence spectroscopy. An enhancement in the UC intensity was observed if the nanocrystals, doped with optimized concentrations of lanthanide sensitizer/activator ions, were further coated with an inert/active shell. This was attributed to the suppression of surface-related luminescence quenching effects. KW - core-shell materials KW - lanthanides KW - nanostructures KW - photoluminescence KW - upconversion Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/open.201700186 SN - 2191-1363 VL - 7 IS - 2 SP - 159 EP - 168 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Bastian, Philipp U. A1 - Robel, Nathalie A1 - Schmidt, Peter A1 - Schrumpf, Tim A1 - Günter, Christina A1 - Roddatis, Vladimir A1 - Kumke, Michael U. T1 - Resonance energy transfer to track the motion of lanthanide ions BT - what drives the intermixing in core-shell upconverting nanoparticles? JF - Biosensors : open access journal N2 - The imagination of clearly separated core-shell structures is already outdated by the fact, that the nanoparticle core-shell structures remain in terms of efficiency behind their respective bulk material due to intermixing between core and shell dopant ions. In order to optimize the photoluminescence of core-shell UCNP the intermixing should be as small as possible and therefore, key parameters of this process need to be identified. In the present work the Ln(III) ion migration in the host lattices NaYF4 and NaGdF4 was monitored. These investigations have been performed by laser spectroscopy with help of lanthanide resonance energy transfer (LRET) between Eu(III) as donor and Pr(III) or Nd(III) as acceptor. The LRET is evaluated based on the Forster theory. The findings corroborate the literature and point out the migration of ions in the host lattices. Based on the introduced LRET model, the acceptor concentration in the surrounding of one donor depends clearly on the design of the applied core-shell-shell nanoparticles. In general, thinner intermediate insulating shells lead to higher acceptor concentration, stronger quenching of the Eu(III) donor and subsequently stronger sensitization of the Pr(III) or the Nd(III) acceptors. The choice of the host lattice as well as of the synthesis temperature are parameters to be considered for the intermixing process. KW - upconversion nanoparticles KW - lanthanoid migration KW - lanthanides KW - core-shell KW - energy transfer Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.3390/bios11120515 SN - 2079-6374 VL - 11 IS - 12 PB - MDPI CY - Basel ER -