TY - GEN A1 - Liebig, Ferenc A1 - Sarhan, Radwan Mohamed A1 - Prietzel, Claudia Christina A1 - Reinecke, Antje A1 - Koetz, Joachim T1 - “Green” gold nanotriangles: synthesis, purification by polyelectrolyte/micelle depletion flocculation and performance in surface-enhanced Raman scattering N2 - The aim of this study was to develop a one-step synthesis of gold nanotriangles (NTs) in the presence of mixed phospholipid vesicles followed by a separation process to isolate purified NTs. Negatively charged vesicles containing AOT and phospholipids, in the absence and presence of additional reducing agents (polyampholytes, polyanions or low molecular weight compounds), were used as a template phase to form anisotropic gold nanoparticles. Upon addition of the gold chloride solution, the nucleation process is initiated and both types of particles, i.e., isotropic spherical and anisotropic gold nanotriangles, are formed simultaneously. As it was not possible to produce monodisperse nanotriangles with such a one-step procedure, the anisotropic nanoparticles needed to be separated from the spherical ones. Therefore, a new type of separation procedure using combined polyelectrolyte/micelle depletion flocculation was successfully applied. As a result of the different purification steps, a green colored aqueous dispersion was obtained containing highly purified, well-defined negatively charged flat nanocrystals with a platelet thickness of 10 nm and an edge length of about 175 nm. The NTs produce promising results in surface-enhanced Raman scattering. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 317 KW - morphological transformation KW - halide-ions KW - nanoparticles KW - shape KW - size KW - nanoprisms KW - vesicles KW - nanorods KW - silver KW - poly(ethyleneimine) Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-394430 SP - 33561 EP - 33568 ER - TY - THES A1 - Sand, Patrick T1 - Übergangsmetallkatalysierte Funktionalisierungsreaktionen an Vinylsulfonylverbindungen T1 - Transition metal catalysed functionalisation of vinyl sulfonyl compounds N2 - Innerhalb dieser Arbeit erfolgte die erstmalige systematische Untersuchung von Vinylsulfonsäureethylester (1a), Phenylvinylsulfon (1b), N-Benzyl-N-methylethensulfonamid (1c) in der FUJIWARA-MORITANI Reaktion (alternativ als DHR bezeichnet). Bei dieser übergangsmetallkatalysierten Reaktion erfolgt der Aufbau einer neuen C-C-Bindung unter der doppelten Aktivierung einer C-H-Bindung. Somit kann ein atomökonomischer Aufbau von Molekülen realisiert werden, da keine Beiprodukte in Form von Salzen entstehen. Als aromatischer Reaktant wurden Acetanilide (2) verwendet, damit eine regiospezifische Kupplung durch die katalysatordirigierende Acetamid-Gruppe (CDG) erfolgt. Für die Pd-katalysierte DHR wurde eine umfangreiche Optimierung durchgeführt und anschließend konnten neun verschieden, substituierte 2 mit 1a und sieben verschieden, substituierte 2 mit 1b funktionalisiert werden. Da eine Reaktion mit 1c ausblieb, erfolgte ein Wechsel auf eine Ru-katalysierte Methode für die DHR. Mit dieser Methode konnte 1c mit Acetaniliden funktionalisiert werden und das Spektrum der verwendeten 2, in Form von deaktivierenden Substituenten erweitert werden. Im Anschluss wurden die sulfalkenylierten Acetanilide in weiterführenden Reaktionen untersucht. Hierfür wurde eine Reaktionssequenz bestehend aus einer DeacetylierungDiazotierung-Kupplungsreaktion verwendet, um die Acetamid-Gruppe in eine Abgangsgruppe zu überführen und danach in einer MATSUDA-HECK Reaktion zu kuppeln. Mit dieser Methode konnten mehrere 1,2-Dialkenylbenzole erhalten werden und die CDG ein weiteres Mal genutzt werden. Neben der Überführung der CDG in eine Abgangsgruppe konnte diese auch in die Synthese verschiedener Heterozyklen integriert werden. Dafür erfolgte zunächst eine 1,3-Zykloaddition durch deprotonierten Tosylmethylisocanid an der elektronenarmen Sulfalkenylgruppe zur Synthese von Pyrrolen. Anschließend erfolgte eine Kupplung der PyrrolFunktion und der CDG durch Zyklokondensation, wodurch Quinoline dargestellt wurden. Durch diese Synthesen konnten Schwefelanaloga des Naturstoffes Marinoquionolin A erhalten werden. Ein weitere übergangsmetallkatalysierte C-H-Aktivierungsreaktion, die MATSUDA-HECK Reaktion, wurde genutzt, um 1b zu mit verschieden, subtituierten Diazoniumsalzen zu arylieren. Hier konnten zahlreichen Styrenylsulfone erhalten werden. Der erfolgreiche Einsatz der Vinylsulfonylverbindungen in der Kreuzmetathese konnte innerhalb dieser Arbeit nicht erreicht werden. Daher erfolgte die Synthese verschiedener dialkenylierter Sulfonamide. Hierfür wurde die Kettenlänge der Alkenyl-Gruppe am Schwefel zwischen 2-3 und am Stickstoff zwischen 3-4 variiert. Der Einsatz der dialkenylierten Sulfonamide erfolgte in den zuvor untersuchten C-H-Aktivierungsmethoden. N-Allyl-N-phenylethensulfonamid (3) konnte erfolgreich in der DHR und HECK Reaktion funktionalisiert werden. Hierbei erfolgte eine methodenspezifische Kupplung in Abhängigkeit von der Elektronendichte der entsprechenden Alkenyl-Gruppe. Die DHR führte zur selektiven Arylierung der Vinyl-Gruppe und die HECK Reaktion zur Arylierung an der Allyl-Gruppe. Gemischte Produkte wurden nicht erhalten. Für die weiteren Diolefine wurde komplexe Produktgemische erhalten. Des Weiteren wurden die Diolefine in der Ringschlussmetathese untersucht und die entsprechenden Sultame in sehr guten Ausbeuten erhalten. Die Verwendung der Sultame in der C-H-Aktivierung war erfolglos. Es wird vermutet, dass für diese zweifachsubstituierten Sulfonamide die vorhandenen Reaktionsbedingungen optimiert werden müssen. Abschließend wurden verschiedene, enantiomerenreine Olefine ausgehend von Levoglucosenon dargestellt. Hierfür wurde Levoglucosenon zunächst mit einem Allyl- und 3-Butenylgrignard Reagenz umgesetzt. Die entsprechenden Produkte wurden in moderaten Ausbeuten erhalten. Eine weitere Methode begann mit der Reduktion von Levoglucosenon zum Levoglucosenol. Dieser Alkohol wurde mit Allylbromid erfolgreich verethert. Neben der Untersuchungen zur Ethersynthese, erfolgte die Veresterung von Levoglucosenol mit verschiedenen Sulfonylchloriden zu den entsprechenden Sulfonsäureestern. Diese Olefine wurden in einer Dominometathesereaktion untersucht. Ausgehend vom Allyllevoglucosenylether erfolgte die Darstellung eines Dihydrofurans. N2 - Within this work, the first systematic investigation of vinyl sulfonic acid ethyl ester (1a), phenyl vinyl sulfone (1b), N-benzyl-N-methylethene sulfonamide (1c) in the FUJIWARA-MORITANI reaction (alternatively referred to as DHR) was carried out. In this transition metal-catalysed reaction, the formation of a new C-C bond takes place through double activation of a C-H bond. Therefore, an atom-economical construction of molecules can be realised without the formation of by-products in the form of salts. Acetanilides (2) were used as aromatic reactants so that a regiospecific coupling by the catalyst-directing acetamide group (CDG) takes place. An extensive optimisation was carried out for the Pd catalysed DHR and subsequently nine differently substituted 2 could be functionalised with 1a and seven differently substituted 2 with 1b. Since a reaction with 1c failed to occur, a switch was made to a Ru-catalysed method for the DHR. With this method, 1c could be functionalised with acetanilides (2) and the spectrum of the acetanilides (2) used could be expanded to deactivating substituents. Subsequently, the sulfalkenylated acetanilides were investigated in further reactions. For this purpose, a reaction sequence consisting of a deacetylation-diazotisation-coupling reaction was used to convert the acetamide group into a leaving group and then to couple it in a MATSUDA-HECK reaction. With this method, several 1,2-dialkenylbenzenes could be obtained and the CDG was used one more time. In addition to transferring the CDG into a leaving group, it could also be integrated into the synthesis of various heterocycles. First, a 1,3 cycloaddition was carried out by deprotonated tosylmethylisocanide on the electron-deficient sulfalkenyl group for the synthesis of pyrroles. This was followed by coupling of the pyrrole function and the CDG by cyclocondensation, producing quinolines. Through these syntheses, sulfur analogues of the natural product marinoquionoline A could be obtained. Another transition metal-catalysed C-H activation reaction, the MATSUDA-HECK reaction, was used to arylate 1b with different subtituted aryldiazonium salts. Numerous styrenyl sulfones were obtained. Vinylsulfonyl compounds could not be used in cross-metathesis reactions within this work. Therefore, the synthesis of different dialkenylated sulfonamides was carried out. For this purpose, the chain length of the alkenyl group was varied between 2-3 at the sulfur atom and 3-4 at the nitrogen atom. The dialkenylated sulfonamides were used in the previously investigated C-H activation methods. N-allyl-N-phenylethensulfonamide (3) was successfully functionalised using the DHR and HECK reaction. Here, a method-specific coupling took place depending on the electron density of the corresponding alkenyl group. The DHR led to selective arylation at the vinyl group and the HECK reaction to selective arylation at the allyl group. Mixed products were not obtained. For the other diolefins, complex mixtures of products were obtained. Furthermore, the diolefins were investigated in ring closing metathesis reaction and the corresponding sultams were obtained in very good yields. The use of the synthesised sultams in C-H activation was unsuccessful. It is suggested that for these di-substituted sulfonamides the existing reaction conditions need to be optimised. Finally, various enantiomerically pure olefins were prepared starting from levoglucosenone. For this purpose, levoglucosenone was first reacted with an allyl-Grignard and 3 butenyl-Grignard reagent. The corresponding products were obtained in moderate yields. Another method started with the reduction of levoglucosenone to levoglucosenol. This alcohol was successfully etherified with allyl bromide. In addition to the studies on ether synthesis, the esterification of levoglucosenol with various sulfonyl chlorides to the corresponding sulfonic acid esters was carried out. These olefins were investigated in a domino metathesis reaction. Starting with allyl levoglucosenyl ether, the synthesis of a dihydrofuran was presented. KW - Vinylsulfonylverbindungen KW - Übergangsmetallkatalyse KW - vinyl sulfonyl compounds KW - transition metal catalysis Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-536879 ER - TY - THES A1 - Marschall, Talke Anu T1 - Zytotoxizität, Bioverfügbarkeit und Metabolismus kleiner Selenspezies in humanen Zellen und Entwicklung von ICP-QQQ-MS-basierten Methoden für deren Nachweis Y1 - 2017 ER - TY - GEN A1 - Anton, Peter A1 - Laschewsky, André T1 - Zwitterionic polysoaps with reduced density of surfactant side groups N2 - Several zwitterionic polymers were prepared by radical homopolymerization of surfactant monomers which bear diallyl, diene or vinylcyclopropane moieties. These polymer systems were complemented by alternating copolymers of appropriate zwitterionic vinyl compounds. Thus, polymers with reduced (as compared with simple vinylic homopolymers, or statistical copolymers) and well defined density of surfactant side groups are obtained. The solubilities found for these polymers are dominated by polymer geometry rather than by the balance of hydrophilic and hydrophobic fragments, thus corroborating a main-chain spacer model proposed recently. All water-soluble polymers exhibit characteristic features of classical polysoaps, as shown by surface tension measurements and by solubilization of hydrophobic dyes. In contrast, the water-insoluble copolymers are capable to form stable monolayers at the air-water interface. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 091 Y1 - 1993 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17301 ER - TY - JOUR A1 - Hermanns, Jolanda A1 - Schmidt, Bernd T1 - Zur Verwendung von QR-Codes in Uni-Seminaren – ein Baustein in den neu konzipierten Übungen zur Vorlesung „Organische Chemie für Studierende im Nebenfach“ T1 - The use of QR-Codes in university courses - a building block of the newly constructed accompanying exercises for the lecture "organic chemistry" for chemistry minors JF - Chemkon N2 - Die Verwendung von QR-Codes in Begleitseminaren zur Vorlesung „Organische Chemie“ für Studierende mit Chemie im Nebenfach wird vorgestellt. Die Hausaufgaben zu den Seminaren wurden mit einem QR-Code versehen. Dieser führt zu weiterführenden Hilfen. Der Einsatz der QR-Codes sowie die Neukonzeption der Seminare wurden evaluiert. N2 - The use of QR-Codes in university courses for the lecture "Organic Chemistry" for minor students is presented. The homework to the seminars includes a QR-Code. This code leads to supporting learning aids. The use of the QR-Codes as the new concept into seminars is evaluated. KW - graded learning aids KW - homework KW - Chemical exercises KW - QR-Code Y1 - 2017 U6 - https://doi.org/10.1002/ckon.201710300 SN - 0944-5846 SN - 1521-3730 VL - 24 SP - 139 EP - 141 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - GEN A1 - Peter, Martin G. A1 - Förster, Hans T1 - Zur Struktur von Eumelaninen : Identifizierung von Konstitutionsmustern durch Festkörper-NMR-Spektroskopie T1 - On the Structure of Eumelanins : Identification of Constitutional Patterns by Solid-state NMR Spectroscopy N2 - Aus dem Inhalt: Melanine sind komplexe polyphenolische Polymere. In der Natur entstehen sie durch meist enzymkatalysierte oxidative Polymerisation von o-Diphenolen. Man unterscheidet die aus Dopa 1 oder Dopamin 3 hervorgehenden, tiefschwarzen Eumelanine von den aus Dopa in Gegenwart von Cystein entstehenden, gelben bis braunen Phaomelaninen. [...] T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - paper 054 Y1 - 1989 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-17038 ER - TY - GEN A1 - Breternitz, Joachim A1 - Lehmann, Frederike A1 - Barnett, Sarah A. A1 - Nowell, Harriott A1 - Schorr, Susan T1 - Zur Rolle der Iodid-Methylammonium-Interaktion in der Ferroelektrizität in CH3NH3PbI3 T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Ihre außergewöhnlich hohen Konversionseffizienzen von über 20 % und die einfache Zellherstellung machen Hybridperowskite zu heißen Kandidaten für alternative Solarzellenmaterialien. CH3NH3PbI3 als Archetyp dieser Materialklasse besitzt außergewöhnliche Eigenschaften wie eine sehr effiziente Umwandlung von Solarenergie, wobei besonders Ferroelektrizität als mögliche Erklärung in den Fokus gerückt ist. Diese erfordert allerdings eine nicht-zentrosymmetrische Kristallstruktur als notwendige Voraussetzung. Wir stellen hier eine Erklärung des Symmetriebruchs in diesem Material auf kristallographischem, d. h. fernordnungs-basiertem, Wege vor. Während das Molekülkation CH3NH3+ intrinsisch polar ist, ist es extrem fehlgeordnet und kann deshalb nicht die einzige Erklärung darstellen. Es verzerrt allerdings das umgebende Kristallgitter und ruft dadurch eine Verschiebung der Iod-Atome von den zentrosymmetrischen Positionen hervor. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1199 KW - ferroelectricity KW - hybrid perovskites KW - inorganic chemistry KW - photovoltaic materials KW - structure elucidation Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-525674 SN - 1866-8372 IS - 1 ER - TY - JOUR A1 - Breternitz, Joachim A1 - Lehmann, Frederike A1 - Barnett, Sarah A. A1 - Nowell, Harriott A1 - Schorr, Susan T1 - Zur Rolle der Iodid-Methylammonium-Interaktion in der Ferroelektrizität in CH3NH3PbI3 JF - Angewandte Chemie N2 - Ihre außergewöhnlich hohen Konversionseffizienzen von über 20 % und die einfache Zellherstellung machen Hybridperowskite zu heißen Kandidaten für alternative Solarzellenmaterialien. CH3NH3PbI3 als Archetyp dieser Materialklasse besitzt außergewöhnliche Eigenschaften wie eine sehr effiziente Umwandlung von Solarenergie, wobei besonders Ferroelektrizität als mögliche Erklärung in den Fokus gerückt ist. Diese erfordert allerdings eine nicht-zentrosymmetrische Kristallstruktur als notwendige Voraussetzung. Wir stellen hier eine Erklärung des Symmetriebruchs in diesem Material auf kristallographischem, d. h. fernordnungs-basiertem, Wege vor. Während das Molekülkation CH3NH3+ intrinsisch polar ist, ist es extrem fehlgeordnet und kann deshalb nicht die einzige Erklärung darstellen. Es verzerrt allerdings das umgebende Kristallgitter und ruft dadurch eine Verschiebung der Iod-Atome von den zentrosymmetrischen Positionen hervor. KW - ferroelectricity KW - hybrid perovskites KW - inorganic chemistry KW - photovoltaic materials KW - structure elucidation Y1 - 2019 VL - 132 IS - 1 PB - John Wiley & Sons, Inc. CY - New Jersey ER - TY - THES A1 - Utecht, Manuel Martin T1 - Zur Optimierung und dem Auslesen molekularer Schalter BT - quantenchemische Untersuchungen an vier Beispielen Y1 - 2015 ER - TY - THES A1 - Ermeydan, Mahmut Ali T1 - Wood cell wall modification with hydrophobic molecules T1 - Modifikation von Holzzellwänden durch hydrophobe Moleküle N2 - Wood is used for many applications because of its excellent mechanical properties, relative abundance and as it is a renewable resource. However, its wider utilization as an engineering material is limited because it swells and shrinks upon moisture changes and is susceptible to degradation by microorganisms and/or insects. Chemical modifications of wood have been shown to improve dimensional stability, water repellence and/or durability, thus increasing potential service-life of wood materials. However current treatments are limited because it is difficult to introduce and fix such modifications deep inside the tissue and cell wall. Within the scope of this thesis, novel chemical modification methods of wood cell walls were developed to improve both dimensional stability and water repellence of wood material. These methods were partly inspired by the heartwood formation in living trees, a process, that for some species results in an insertion of hydrophobic chemical substances into the cell walls of already dead wood cells, In the first part of this thesis a chemistry to modify wood cell walls was used, which was inspired by the natural process of heartwood formation. Commercially available hydrophobic flavonoid molecules were effectively inserted in the cell walls of spruce, a softwood species with low natural durability, after a tosylation treatment to obtain “artificial heartwood”. Flavonoid inserted cell walls show a reduced moisture absorption, resulting in better dimensional stability, water repellency and increased hardness. This approach was quite different compared to established modifications which mainly address hydroxyl groups of cell wall polymers with hydrophilic substances. In the second part of the work in-situ styrene polymerization inside the tosylated cell walls was studied. It is known that there is a weak adhesion between hydrophobic polymers and hydrophilic cell wall components. The hydrophobic styrene monomers were inserted into the tosylated wood cell walls for further polymerization to form polystyrene in the cell walls, which increased the dimensional stability of the bulk wood material and reduced water uptake of the cell walls considerably when compared to controls. In the third part of the work, grafting of another hydrophobic and also biodegradable polymer, poly(ɛ-caprolactone) in the wood cell walls by ring opening polymerization of ɛ-caprolactone was studied at mild temperatures. Results indicated that polycaprolactone attached into the cell walls, caused permanent swelling of the cell walls up to 5%. Dimensional stability of the bulk wood material increased 40% and water absorption reduced more than 35%. A fully biodegradable and hydrophobized wood material was obtained with this method which reduces disposal problem of the modified wood materials and has improved properties to extend the material’s service-life. Starting from a bio-inspired approach which showed great promise as an alternative to standard cell wall modifications we showed the possibility of inserting hydrophobic molecules in the cell walls and supported this fact with in-situ styrene and ɛ-caprolactone polymerization into the cell walls. It was shown in this thesis that despite the extensive knowledge and long history of using wood as a material there is still room for novel chemical modifications which could have a high impact on improving wood properties. N2 - Der nachwachsende Rohstoff Holz wird aufgrund seiner guten mechanischen Eigenschaften und der leichten Verfügbarkeit für viele Anwendungszwecke genutzt. Quellen und Schrumpfen bei Feuchtigkeitsänderungen des hygroskopischen Werkstoffs Holz limitieren jedoch die Einsatzmöglichkeiten. Ein weiteres Problem stellt der mitunter leichte Abbau – u.a. bei feuchtem Holz - durch Mikroorganismen und/oder Insekten dar. Durch chemische Modifizierungen können die Dimensionsstabilität, die Hydrophobizität und die Dauerhaftigkeit verbessert und damit die potentielle Lebensdauer des Werkstoffes erhöht werden. Dabei ist die dauerhafte Modifikation der Zellwand nur äußerst schwer realisierbar. Inspiriert von der Kernholzbildung in lebenden Bäumen, ein zellwandverändernder Prozess, der Jahre nach der Holzbildung erfolgt, wurden im Rahmen dieser Arbeit neue Ansätze zur chemischen Modifizierung der Zellwände entwickelt, um die Dimensionsstabilität und Hydrophobizität zu erhöhen. Der erste Teil der Arbeit ist stark vom Prozess der Kernholzbildung inspiriert, eine abgeleitete Chemie wurde verwendet, um die Zellwände von Fichte, einem Nadelholz von geringer natürlicher Dauerhaftigkeit, zu modifizieren. Kommerziell verfügbare hydrophobe Flavonoide wurden nach einem Tosylierungsschritt erfolgreich in die Zellwand eingebracht, um so „artifizielles Kernholz“ zu erzeugen. Die modifizierten Holzproben zeigten eine verringerte Wasseraufnahme, die zu erhöhter Dimensionsstabilität und Härte führte. Dieser Ansatz unterscheidet sich grundlegend von bereits etablierten Modifikationen, die hauptsächlich hypdrophile Substanzen an die Hydroxylgruppen der Zellwand anlagern. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Polymerisation von Styren in tosylierten Zellwänden. Es ist bekannt, dass es nur eine schwache Adhäsion zwischen den hydrophoben Polymeren und den hydrophilen Zellwandkomponenten gibt. Die hydrophoben Styren-Monomere wurden in die tosylierte Zellwand eingebracht und zu Polystyren polymerisiert. Wie bei der Modifikation mit Flavonoiden konnte eine erhöhte Dimensionsstabilität und reduzierte Wasseraufnahme der Zellwände beobachtet werden. Im dritten Teil der Arbeit wurde das biologisch abbaubare, hydrophobe poly(ɛ-caprolacton) in der Zellwand aufpolymerisiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Polycaprolacton in der Zellwand gebunden ist und zu einer permanenten Quellung führt (bis zu 5 %). Die Dimensionsstabilität nahm um 40 % zu und die Wasseraufnahmerate konnte um mehr als 35 % reduziert werden. Mit dieser Methode kann nicht nur dimensionsstabileres Holz realisiert werden, auch biologische Abbaubarkeit und damit eine einfache Entsorgung sind gewährleistest. KW - Holzmodifikation KW - hydrophobe Moleküle KW - Dimensionsstabilität KW - Wassergehalt KW - wood modification KW - hydrophobic molecules KW - dimensional stability KW - moisture content Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-71325 ER - TY - JOUR A1 - Tetenoire, Auguste A1 - Ehlert, Christopher A1 - Juaristi, Joseba Iñaki A1 - Saalfrank, Peter A1 - Alducin, Maite T1 - Why ultrafast photoinduced CO desorption dominates over oxidation on Ru(0001) JF - The journal of physical chemistry letters N2 - CO oxidation on Ru(0001) is a long-standing example of a reaction that, being thermally forbidden in ultrahigh vacuum, can be activated by femtosecond laser pulses. In spite of its relevance, the precise dynamics of the photoinduced oxidation process as well as the reasons behind the dominant role of the competing CO photodesorption remain unclear. Here we use ab initio molecular dynamics with electronic friction that account for the highly excited and nonequilibrated system created by the laser to investigate both reactions. Our simulations successfully reproduce the main experimental findings: the existence of photoinduced oxidation and desorption, the large desorption to oxidation branching ratio, and the changes in the O K-edge X-ray absorption spectra attributed to the initial stage of the oxidation process. Now, we are able to monitor in detail the ultrafast CO desorption and CO oxidation occurring in the highly excited system and to disentangle what causes the unexpected inertness to the otherwise energetically favored oxidation. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.2c02327 SN - 1948-7185 VL - 13 IS - 36 SP - 8516 EP - 8521 PB - American Chemical Society CY - Washington, DC ER - TY - GEN A1 - Mondal, Suvendu Sekhar A1 - Behrens, Karsten A1 - Matthes, Philipp R. A1 - Schönfeld, Fabian A1 - Nitsch, Jörn A1 - Steffen, Andreas A1 - Primus, Philipp-Alexander A1 - Kumke, Michael Uwe A1 - Müller-Buschbaum, Klaus A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - White light emission of IFP-1 by in situ co-doping of the MOF pore system with Eu3+ and Tb3+ N2 - Co-doping of the MOF 3∞[Zn(2-methylimidazolate-4-amide-5-imidate)] (IFP-1 = Imidazolate Framework Potsdam-1) with luminescent Eu3+ and Tb3+ ions presents an approach to utilize the porosity of the MOF for the intercalation of luminescence centers and for tuning of the chromaticity to the emission of white light of the quality of a three color emitter. Organic based fluorescence processes of the MOF backbone as well as metal based luminescence of the dopants are combined to one homogenous single source emitter while retaining the MOF's porosity. The lanthanide ions Eu3+ and Tb3+ were doped in situ into IFP-1 upon formation of the MOF by intercalation into the micropores of the growing framework without a structure directing effect. Furthermore, the color point is temperature sensitive, so that a cold white light with a higher blue content is observed at 77 K and a warmer white light at room temperature (RT) due to the reduction of the organic emission at higher temperatures. The study further illustrates the dependence of the amount of luminescent ions on porosity and sorption properties of the MOF and proves the intercalation of luminescence centers into the pore system by low-temperature site selective photoluminescence spectroscopy, SEM and EDX. It also covers an investigation of the border of homogenous uptake within the MOF pores and the formation of secondary phases of lanthanide formates on the surface of the MOF. Crossing the border from a homogenous co-doping to a two-phase composite system can be beneficially used to adjust the character and warmth of the white light. This study also describes two-color emitters of the formula Ln@IFP-1a–d (Ln: Eu, Tb) by doping with just one lanthanide Eu3+ or Tb3+. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 190 Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-79953 SP - 4623 EP - 4631 ER - TY - JOUR A1 - Mondal, Suvendu Sekhar A1 - Behrens, Karsten A1 - Matthes, Philipp R. A1 - Schönfeld, Fabian A1 - Nitsch, Jörn A1 - Steffen, Andreas A1 - Primus, Philipp-Alexander A1 - Kumke, Michael Uwe A1 - Müller-Buschbaum, Klaus A1 - Holdt, Hans-Jürgen T1 - White light emission of IFP-1 by in situ co-doping of the MOF pore system with Eu3+ and Tb3+ JF - Journal of materials chemistry : C, Materials for optical and electronic devices N2 - Co-doping of the MOF 3∞[Zn(2-methylimidazolate-4-amide-5-imidate)] (IFP-1 = Imidazolate Framework Potsdam-1) with luminescent Eu3+ and Tb3+ ions presents an approach to utilize the porosity of the MOF for the intercalation of luminescence centers and for tuning of the chromaticity to the emission of white light of the quality of a three color emitter. Organic based fluorescence processes of the MOF backbone as well as metal based luminescence of the dopants are combined to one homogenous single source emitter while retaining the MOF's porosity. The lanthanide ions Eu3+ and Tb3+ were doped in situ into IFP-1 upon formation of the MOF by intercalation into the micropores of the growing framework without a structure directing effect. Furthermore, the color point is temperature sensitive, so that a cold white light with a higher blue content is observed at 77 K and a warmer white light at room temperature (RT) due to the reduction of the organic emission at higher temperatures. The study further illustrates the dependence of the amount of luminescent ions on porosity and sorption properties of the MOF and proves the intercalation of luminescence centers into the pore system by low-temperature site selective photoluminescence spectroscopy, SEM and EDX. It also covers an investigation of the border of homogenous uptake within the MOF pores and the formation of secondary phases of lanthanide formates on the surface of the MOF. Crossing the border from a homogenous co-doping to a two-phase composite system can be beneficially used to adjust the character and warmth of the white light. This study also describes two-color emitters of the formula Ln@IFP-1a–d (Ln: Eu, Tb) by doping with just one lanthanide Eu3+ or Tb3+. Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1039/C4TC02919D SN - 2050-7534 SN - 2050-7526 VL - 18 IS - 3 SP - 4623 EP - 4631 PB - Royal Society of Chemistry CY - Cambridge ER - TY - GEN A1 - Meiling, Till Thomas A1 - Cywiński, Piotr J. A1 - Bald, Ilko T1 - White carbon: Fluorescent carbon nanoparticles with tunable quantum yield in a reproducible green synthesis N2 - In this study, a new reliable, economic, and environmentally-friendly one-step synthesis is established to obtain carbon nanodots (CNDs) with well-defined and reproducible photoluminescence (PL) properties via the microwave-assisted hydrothermal treatment of starch and Tris-acetate-EDTA (TAE) buffer as carbon sources. Three kinds of CNDs are prepared using different sets of above mentioned starting materials. The as-synthesized CNDs: C-CND (starch only), N-CND 1 (starch in TAE) and N-CND 2 (TAE only) exhibit highly homogenous PL and are ready to use without need for further purification. The CNDs are stable over a long period of time (>1 year) either in solution or as freeze-dried powder. Depending on starting material, CNDs with PL quantum yield (PLQY) ranging from less than 1% up to 28% are obtained. The influence of the precursor concentration, reaction time and type of additives on the optical properties (UV-Vis absorption, PL emission spectrum and PLQY) is carefully investigated, providing insight into the chemical processes that occur during CND formation. Remarkably, upon freeze-drying the initially brown CND-solution turns into a non-fluorescent white/slightly brown powder which recovers PL in aqueous solution and can potentially be applied as fluorescent marker in bio-imaging, as a reduction agent or as a photocatalyst. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 264 KW - Fluorescence spectroscopy KW - Nanoparticles KW - Synthesis and processing Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-97087 ER - TY - JOUR A1 - Meiling, Till Thomas A1 - Cywiński, Piotr J. A1 - Bald, Ilko T1 - White carbon: Fluorescent carbon nanoparticles with tunable quantum yield in a reproducible green synthesis JF - Scientific reports N2 - In this study, a new reliable, economic, and environmentally-friendly one-step synthesis is established to obtain carbon nanodots (CNDs) with well-defined and reproducible photoluminescence (PL) properties via the microwave-assisted hydrothermal treatment of starch and Tris-acetate-EDTA (TAE) buffer as carbon sources. Three kinds of CNDs are prepared using different sets of above mentioned starting materials. The as-synthesized CNDs: C-CND (starch only), N-CND 1 (starch in TAE) and N-CND 2 (TAE only) exhibit highly homogenous PL and are ready to use without need for further purification. The CNDs are stable over a long period of time (>1 year) either in solution or as freeze-dried powder. Depending on starting material, CNDs with PL quantum yield (PLQY) ranging from less than 1% up to 28% are obtained. The influence of the precursor concentration, reaction time and type of additives on the optical properties (UV-Vis absorption, PL emission spectrum and PLQY) is carefully investigated, providing insight into the chemical processes that occur during CND formation. Remarkably, upon freeze-drying the initially brown CND-solution turns into a non-fluorescent white/slightly brown powder which recovers PL in aqueous solution and can potentially be applied as fluorescent marker in bio-imaging, as a reduction agent or as a photocatalyst. KW - Fluorescence spectroscopy KW - Nanoparticles KW - Synthesis and processing Y1 - 2016 U6 - https://doi.org/10.1038/srep28557 VL - 6 PB - Nature Publishing Group CY - London ER - TY - THES A1 - Figueroa Campos, Gustavo Adolfo T1 - Wet-coffee processing production wastes T1 - Produktionsabfälle aus der Nasskaffeeverarbeitung BT - quality, potentials, and valorization opportunities BT - Qualität, Potenziale und Verwertungsmöglichkeiten N2 - Countries processing raw coffee beans are burdened with low economical incomes to fight the serious environmental problems caused by the by-products and wastewater that is generated during the wet-coffee processing. The aim of this work was to develop alternative methods of improving the waste by-product quality and thus making the process economically more attractive with valorization options that can be brought to the coffee producers. The type of processing influences not only the constitution of green coffee but also of by-products and wastewater. Therefore, coffee bean samples as well as by-products and wastewater collected at different production steps of were analyzed. Results show that the composition of wastewater is dependent on how much and how often the wastewater is recycled in the processing. Considering the coffee beans, results indicate that the proteins might be affected during processing and a positive effect of the fermentation on the solubility and accessibility of proteins seems to be probable. The steps of coffee processing influence the different constituents of green coffee beans which, during roasting, give rise to aroma compounds and express the characteristics of roasted coffee beans. Knowing that this group of compounds is involved in the Maillard reaction during roasting, this possibility could be utilized for the coffee producers to improve the quality of green coffee beans and finally the coffee cup quality. The valorization of coffee wastes through modification to activated carbon has been considered as a low-cost option creating an adsorbent with prospective to compete with commercial carbons. Activation protocol using spent coffee and parchment was developed and prepared to assess their adsorption capacity for organic compounds. Spent coffee grounds and parchment proved to have similar adsorption efficiency to commercial activated carbon. The results of this study document a significant information originating from the processing of the de-pulped to green coffee beans. Furthermore, it showed that coffee parchment and spent coffee grounds can be valorized as low-cost option to produce activated carbons. Further work needs to be directed to the optimization of the activation methods to improve the quality of the materials produced and the viability of applying such experiments in-situ to bring the coffee producer further valorization opportunities with environmental perspectives. Coffee producers would profit in establishing appropriate simple technologies to improve green coffee quality, re-use coffee by-products, and wastewater valorization. N2 - Produktionsabfälle aus der Nasskaffeeverarbeitung: Qualität, Potenziale und Verwertungsmöglichkeiten Die Länder, die Rohkaffee verarbeiten, haben nur ein geringes wirtschaftliches Einkommen, um die ernsten Umweltprobleme zu bekämpfen, die durch die bei der Nasskaffeeverarbeitung anfallenden Nebenprodukte und Abwässer verursacht werden. Ziel dieser Arbeit war es, alternative Methoden zu entwickeln, um die Qualität der Nebenprodukte zu verbessern und so den Prozess wirtschaftlich attraktiver zu machen, indem den Kaffeeproduzenten Valorisierungsoptionen geboten werden. Die Art der Verarbeitung beeinflusst nicht nur die Beschaffenheit des Rohkaffees, sondern auch die der Nebenprodukte und des Abwassers. Daher wurden Proben von Kaffeebohnen sowie Nebenprodukte und Abwässer analysiert, die bei verschiedenen Produktionsschritten gesammelt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Zusammensetzung des Abwassers davon abhängt, wie viel und wie oft das Abwasser bei der Verarbeitung recycelt wird. In Bezug auf die Kaffeebohnen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass die Proteine während der Verarbeitung beeinträchtigt werden könnten, und eine positive Auswirkung der Fermentation auf die Löslichkeit und Zugänglichkeit der Proteine scheint wahrscheinlich zu sein. Die Schritte der Kaffeeverarbeitung beeinflussen die verschiedenen Bestandteile der grünen Kaffeebohnen, die beim Rösten zu Aromastoffen werden und die Eigenschaften der gerösteten Kaffeebohnen zum Ausdruck bringen. Da diese Gruppe von Verbindungen an der Maillard-Reaktion während des Röstens beteiligt ist, könnte diese Möglichkeit von den Kaffeeproduzenten genutzt werden, um die Qualität der grünen Kaffeebohnen und schließlich die Qualität des zubereiteten Kaffees zu verbessern. Die Herstellung von Aktivkohle aus modifizierten Kaffeeabfällen wurde als kostengünstige Option zur Schaffung eines Adsorptionsmittels betrachtet, das mit handelsüblicher Aktivkohle konkurrieren könnte. Es wurde ein Aktivierungsprotokoll für gebrauchten Kaffee und Pergament entwickelt und vorbereitet, um deren Adsorptionskapazität für organische Verbindungen zu bewerten. Es zeigte sich, dass Kaffeesatz und Pergament eine ähnliche Adsorptionseffizienz aufweisen wie kommerzielle Aktivkohle. Die Ergebnisse dieser Studie belegen, dass die Verarbeitung von den entpulpten zu grünen Kaffeebohnen eine wichtige Information darstellt. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Kaffeepergament und Kaffeesatz als kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Aktivkohle genutzt werden können. Weitere Arbeiten müssen sich mit der Optimierung der Aktivierungsmethoden befassen, um die Qualität der hergestellten Materialien zu verbessern, und mit der Durchführbarkeit solcher Experimente in-situ, um den Kaffeeproduzenten weitere Aufwertungsmöglichkeiten mit Umweltperspektive zu bieten. Die Kaffeeproduzenten würden von der Einführung geeigneter einfacher Technologien zur Verbesserung der Rohkaffeequalität, der Wiederverwendung von Kaffeenebenprodukten und der Aufwertung von Abwässern profitieren. KW - Arabica coffee beans KW - coffee processing KW - coffee by-products KW - protein modification KW - activated carbon KW - Arabica Kaffeebohnen KW - Aktivkohle KW - Kaffeenebenprodukte KW - Kaffeeverarbeitung KW - Protein Modifizierung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-558828 ER - TY - GEN A1 - Christakoudi, Sofia A1 - Pagoni, Panagiota A1 - Ferrari, Pietro A1 - Cross, Amanda J. A1 - Tzoulaki, Ioanna A1 - Muller, David C. A1 - Weiderpass, Elisabete A1 - Freisling, Heinz A1 - Murphy, Neil A1 - Dossus, Laure A1 - Turzanski Fortner, Renee A1 - Agudo, Antonio A1 - Overvad, Kim A1 - Perez-Cornago, Aurora A1 - Key, Timothy J. A1 - Brennan, Paul A1 - Johansson, Mattias A1 - Tjonneland, Anne A1 - Halkjaer, Jytte A1 - Boutron-Ruault, Marie-Christine A1 - Artaud, Fanny A1 - Severi, Gianluca A1 - Kaaks, Rudolf A1 - Schulze, Matthias Bernd A1 - Bergmann, Manuela M. A1 - Masala, Giovanna A1 - Grioni, Sara A1 - Simeon, Vittorio A1 - Tumino, Rosario A1 - Sacerdote, Carlotta A1 - Skeie, Guri A1 - Rylander, Charlotta A1 - Borch, Kristin Benjaminsen A1 - Quiros, J. Ramon A1 - Rodriguez-Barranco, Miguel A1 - Chirlaque, Maria-Dolores A1 - Ardanaz, Eva A1 - Amiano, Pilar A1 - Drake, Isabel A1 - Stocks, Tanja A1 - Haggstrom, Christel A1 - Harlid, Sophia A1 - Ellingjord-Dale, Merete A1 - Riboli, Elio A1 - Tsilidis, Konstantinos K. T1 - Weight change in middle adulthood and risk of cancer in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) cohort T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - Obesity is a risk factor for several major cancers. Associations of weight change in middle adulthood with cancer risk, however, are less clear. We examined the association of change in weight and body mass index (BMI) category during middle adulthood with 42 cancers, using multivariable Cox proportional hazards models in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition cohort. Of 241 323 participants (31% men), 20% lost and 32% gained weight (>0.4 to 5.0 kg/year) during 6.9 years (average). During 8.0 years of follow-up after the second weight assessment, 20 960 incident cancers were ascertained. Independent of baseline BMI, weight gain (per one kg/year increment) was positively associated with cancer of the corpus uteri (hazard ratio [HR] = 1.14; 95% confidence interval: 1.05-1.23). Compared to stable weight (+/- 0.4 kg/year), weight gain (>0.4 to 5.0 kg/year) was positively associated with cancers of the gallbladder and bile ducts (HR = 1.41; 1.01-1.96), postmenopausal breast (HR = 1.08; 1.00-1.16) and thyroid (HR = 1.40; 1.04-1.90). Compared to maintaining normal weight, maintaining overweight or obese BMI (World Health Organisation categories) was positively associated with most obesity-related cancers. Compared to maintaining the baseline BMI category, weight gain to a higher BMI category was positively associated with cancers of the postmenopausal breast (HR = 1.19; 1.06-1.33), ovary (HR = 1.40; 1.04-1.91), corpus uteri (HR = 1.42; 1.06-1.91), kidney (HR = 1.80; 1.20-2.68) and pancreas in men (HR = 1.81; 1.11-2.95). Losing weight to a lower BMI category, however, was inversely associated with cancers of the corpus uteri (HR = 0.40; 0.23-0.69) and colon (HR = 0.69; 0.52-0.92). Our findings support avoiding weight gain and encouraging weight loss in middle adulthood. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1373 KW - BMI change KW - cancer KW - middle adulthood KW - weight gain KW - weight loss Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-573609 SN - 1866-8372 IS - 7 ER - TY - JOUR A1 - Christakoudi, Sofia A1 - Pagoni, Panagiota A1 - Ferrari, Pietro A1 - Cross, Amanda J. A1 - Tzoulaki, Ioanna A1 - Muller, David C. A1 - Weiderpass, Elisabete A1 - Freisling, Heinz A1 - Murphy, Neil A1 - Dossus, Laure A1 - Turzanski Fortner, Renee A1 - Agudo, Antonio A1 - Overvad, Kim A1 - Perez-Cornago, Aurora A1 - Key, Timothy J. A1 - Brennan, Paul A1 - Johansson, Mattias A1 - Tjonneland, Anne A1 - Halkjaer, Jytte A1 - Boutron-Ruault, Marie-Christine A1 - Artaud, Fanny A1 - Severi, Gianluca A1 - Kaaks, Rudolf A1 - Schulze, Matthias Bernd A1 - Bergmann, Manuela M. A1 - Masala, Giovanna A1 - Grioni, Sara A1 - Simeon, Vittorio A1 - Tumino, Rosario A1 - Sacerdote, Carlotta A1 - Skeie, Guri A1 - Rylander, Charlotta A1 - Borch, Kristin Benjaminsen A1 - Quiros, J. Ramon A1 - Rodriguez-Barranco, Miguel A1 - Chirlaque, Maria-Dolores A1 - Ardanaz, Eva A1 - Amiano, Pilar A1 - Drake, Isabel A1 - Stocks, Tanja A1 - Häggström, Christel A1 - Harlid, Sophia A1 - Ellingjord-Dale, Merete A1 - Riboli, Elio A1 - Tsilidis, Konstantinos K. T1 - Weight change in middle adulthood and risk of cancer in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC) cohort JF - International journal of cancer N2 - Obesity is a risk factor for several major cancers. Associations of weight change in middle adulthood with cancer risk, however, are less clear. We examined the association of change in weight and body mass index (BMI) category during middle adulthood with 42 cancers, using multivariable Cox proportional hazards models in the European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition cohort. Of 241 323 participants (31% men), 20% lost and 32% gained weight (>0.4 to 5.0 kg/year) during 6.9 years (average). During 8.0 years of follow-up after the second weight assessment, 20 960 incident cancers were ascertained. Independent of baseline BMI, weight gain (per one kg/year increment) was positively associated with cancer of the corpus uteri (hazard ratio [HR] = 1.14; 95% confidence interval: 1.05-1.23). Compared to stable weight (+/- 0.4 kg/year), weight gain (>0.4 to 5.0 kg/year) was positively associated with cancers of the gallbladder and bile ducts (HR = 1.41; 1.01-1.96), postmenopausal breast (HR = 1.08; 1.00-1.16) and thyroid (HR = 1.40; 1.04-1.90). Compared to maintaining normal weight, maintaining overweight or obese BMI (World Health Organisation categories) was positively associated with most obesity-related cancers. Compared to maintaining the baseline BMI category, weight gain to a higher BMI category was positively associated with cancers of the postmenopausal breast (HR = 1.19; 1.06-1.33), ovary (HR = 1.40; 1.04-1.91), corpus uteri (HR = 1.42; 1.06-1.91), kidney (HR = 1.80; 1.20-2.68) and pancreas in men (HR = 1.81; 1.11-2.95). Losing weight to a lower BMI category, however, was inversely associated with cancers of the corpus uteri (HR = 0.40; 0.23-0.69) and colon (HR = 0.69; 0.52-0.92). Our findings support avoiding weight gain and encouraging weight loss in middle adulthood. KW - BMI change KW - cancer KW - middle adulthood KW - weight gain KW - weight loss Y1 - 2020 U6 - https://doi.org/10.1002/ijc.33339 SN - 0020-7136 SN - 1097-0215 VL - 148 IS - 7 SP - 1637 EP - 1651 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - JOUR A1 - Bechmann, Wolfgang A1 - Bald, Ilko T1 - Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Stoff – Grundlagen der Spektroskopie N2 - Unter elektromagnetischer Strahlung versteht man eine Welle aus gekoppelten elektrischen und magnetischen Feldern. Stoffe, die dieser Welle ausgesetzt sind, können von ihr Energie aufnehmen. Dabei wechseln die Stoffe zwischen ihrem, der jeweiligen Temperatur entsprechenden energetischen Grundzustand G und einem energetisch angeregten Zustand A* (Abbildung 4.1). Y1 - 2020 SN - 978-3-662-62033-5 SN - 978-3-662-62034-2 U6 - https://doi.org/10.1007/978-3-662-62034-2_4 SP - 303 EP - 457 PB - Springer CY - Berlin ET - 7. Auflage ER - TY - JOUR A1 - Schmidt, Burkhard A1 - Lorenz, Ulf T1 - WavePacket BT - a Matlab package for numerical quantum dynamics. I: Closed quantum systems and discrete variable representations JF - Computer physics communications : an international journal devoted to computational physics and computer programs in physics N2 - WavePacket is an open-source program package for the numerical simulation of quantum-mechanical dynamics. It can be used to solve time-independent or time-dependent linear Schrödinger and Liouville–von Neumann-equations in one or more dimensions. Also coupled equations can be treated, which allows to simulate molecular quantum dynamics beyond the Born–Oppenheimer approximation. Optionally accounting for the interaction with external electric fields within the semiclassical dipole approximation, WavePacket can be used to simulate experiments involving tailored light pulses in photo-induced physics or chemistry. The graphical capabilities allow visualization of quantum dynamics ‘on the fly’, including Wigner phase space representations. Being easy to use and highly versatile, WavePacket is well suited for the teaching of quantum mechanics as well as for research projects in atomic, molecular and optical physics or in physical or theoretical chemistry. The present Part I deals with the description of closed quantum systems in terms of Schrödinger equations. The emphasis is on discrete variable representations for spatial discretization as well as various techniques for temporal discretization. The upcoming Part II will focus on open quantum systems and dimension reduction; it also describes the codes for optimal control of quantum dynamics. The present work introduces the MATLAB version of WavePacket 5.2.1 which is hosted at the Sourceforge platform, where extensive Wiki-documentation as well as worked-out demonstration examples can be found. KW - Schrodinger equation KW - Quantum dynamics KW - Numerical propagation KW - Bound states KW - Discrete variable representation KW - Non-adiabatic transitions Y1 - 0207 U6 - https://doi.org/10.1016/j.cpc.2016.12.007 SN - 0010-4655 SN - 1879-2944 VL - 213 SP - 223 EP - 234 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - GEN A1 - Taubert, Andreas A1 - Balischewski, Christian A1 - Hentrich, Doreen A1 - Elschner, Thomas A1 - Eidner, Sascha A1 - Günter, Christina A1 - Behrens, Karsten A1 - Heinze, Thomas T1 - Water-soluble cellulose derivatives are sustainable additives for biomimetic calcium phosphate mineralization N2 - The effect of cellulose-based polyelectrolytes on biomimetic calcium phosphate mineralization is described. Three cellulose derivatives, a polyanion, a polycation, and a polyzwitterion were used as additives. Scanning electron microscopy, X-ray diffraction, IR and Raman spectroscopy show that, depending on the composition of the starting solution, hydroxyapatite or brushite precipitates form. Infrared and Raman spectroscopy also show that significant amounts of nitrate ions are incorporated in the precipitates. Energy dispersive X-ray spectroscopy shows that the Ca/P ratio varies throughout the samples and resembles that of other bioinspired calcium phosphate hybrid materials. Elemental analysis shows that the carbon (i.e., polymer) contents reach 10% in some samples, clearly illustrating the formation of a true hybrid material. Overall, the data indicate that a higher polymer concentration in the reaction mixture favors the formation of polymer-enriched materials, while lower polymer concentrations or high precursor concentrations favor the formation of products that are closely related to the control samples precipitated in the absence of polymer. The results thus highlight the potential of (water-soluble) cellulose derivatives for the synthesis and design of bioinspired and bio-based hybrid materials. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 354 KW - cellulose KW - polyamine KW - polyammonium salt KW - polycarboxylate KW - polyzwitterion KW - calcium phosphate KW - biomineralization KW - brushite KW - hydroyxapatite KW - biomaterial Y1 - 2017 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-400453 ER - TY - THES A1 - Fortes Martín, Rebeca T1 - Water-in-oil microemulsions as soft-templates to mediate nanoparticle interfacial assembly into hybrid nanostructures T1 - Wasser-in-Öl Mikroemulsionen als Soft-Templat für die Grenzfläche-Anordnung von Nanopartikeln in hybride Nanostrukturen T1 - Microemulsiones de aceite-en-agua como estructuras templadas blandas para el ensamblaje de nanoparticulas en su interfase dando nanoestructuras híbridas N2 - Hybrid nanomaterials offer the combination of individual properties of different types of nanoparticles. Some strategies for the development of new nanostructures in larger scale rely on the self-assembly of nanoparticles as a bottom-up approach. The use of templates provides ordered assemblies in defined patterns. In a typical soft-template, nanoparticles and other surface-active agents are incorporated into non-miscible liquids. The resulting self-organized dispersions will mediate nanoparticle interactions to control the subsequent self-assembly. Especially interactions between nanoparticles of very different dispersibility and functionality can be directed at a liquid-liquid interface. In this project, water-in-oil microemulsions were formulated from quasi-ternary mixtures with Aerosol-OT as surfactant. Oleyl-capped superparamagnetic iron oxide and/or silver nanoparticles were incorporated in the continuous organic phase, while polyethyleneimine-stabilized gold nanoparticles were confined in the dispersed water droplets. Each type of nanoparticle can modulate the surfactant film and the inter-droplet interactions in diverse ways, and their combination causes synergistic effects. Interfacial assemblies of nanoparticles resulted after phase-separation. On one hand, from a biphasic Winsor type II system at low surfactant concentration, drop-casting of the upper phase afforded thin films of ordered nanoparticles in filament-like networks. Detailed characterization proved that this templated assembly over a surface is based on the controlled clustering of nanoparticles and the elongation of the microemulsion droplets. This process offers versatility to use different nanoparticle compositions by keeping the surface functionalization, in different solvents and over different surfaces. On the other hand, a magnetic heterocoagulate was formed at higher surfactant concentration, whose phase-transfer from oleic acid to water was possible with another auxiliary surfactant in ethanol-water mixture. When the original components were initially mixed under heating, defined oil-in-water, magnetic-responsive nanostructures were obtained, consisting on water-dispersible nanoparticle domains embedded by a matrix-shell of oil-dispersible nanoparticles. Herein, two different approaches were demonstrated to form diverse hybrid nanostructures from reverse microemulsions as self-organized dispersions of the same components. This shows that microemulsions are versatile soft-templates not only for the synthesis of nanoparticles, but also for their self-assembly, which suggest new approaches towards the production of new sophisticated nanomaterials in larger scale. N2 - Hybride Nanomaterialen ermöglichen die Kombination von individuellen Eigenschaften jeder Art von Nanopartikeln. Einige Strategien für die Herstellung neuer großskaliger Nanostrukturen beruhen auf der Selbstassemblierung von Nanopartikeln über einen Bottom-up-Ansatz. Die Nutzung von Templatstrukturen ermöglicht Anordnungen in definierten Mustern. In einem typischen Soft-Templat werden Nanopartikel und andere oberflächenaktive Wirkstoffe in nicht-mischbare Flüssigkeiten eingebracht. Die resultierenden selbst-organisierten Dispersionen beeinflussen die Nanopartikel Interaktionen und kontrollieren die nachfolgende Selbstassemblierung. Insbesondere Interaktionen zwischen Nanopartikeln mit sehr unterschiedlicher Dispergierbarkeit und Funktionalität können Interaktionen an einer Flüssig-Flüssig Grenzfläche gerichtet werden. In diesem Forschungsprojekt wurden Wasser-in-Öl Mikroemulsionen aus quasi-ternären Mischungen mit Aerosol-OT als Tensid hergestellt. Oleyl-beschichtete superparamagnetische Eisenoxid und/oder Silber Nanopartikel wurden in der kontinuierlichen Ölphase eingebracht, während die Polyethyleneimin-stabilisierten Gold Nanopartikel in feinverteilte Wassertröpfchen inkorporiert wurden. Jede Sorte von Nanopartikeln kann den Tensidfilm und die Tröpfchen-Interaktionen auf verschiedene Weise beeinflussen, und seine Kombination führt dabei zu synergetischen Effekten. Die Anordnung von Nanopartikeln an der Grenzfläche basiert auf der Phasentrennung. Auf der einen Seite, bildeten sich aus einem zweiphasigen Winsor II System mit niedrigen Tensid Konzentrationen durch Evaporation der oberen Phase dünne Schichten aus geordneten Nanopartikeln in Form von Filament-Netzen aus. Eine detaillierte Charakterisierung zeigte, dass die Filament-artige Strukturierung auf ein kontrolliertes Nanopartikeln-Clustering und auf die Ausdehnung der Mikroemulsions-Tröpfchen zurückzuführen ist. Dieser Prozess eröffnet flexible Einsatzmöglichkeiten für unterschiedliche Nanopartikel Kompositionen, indem die Oberflächenfunktionalisierung in unterschiedlichen Lösungsmitteln erhalten bleibt, und auch für verschiedenen Lösungsmitteln und über verschiedene Flächen. Auf der anderen Seite wurde ein magnetisches Heterokoagulat in höheren Tensid Konzentration hergestellt, dessen Phasentransfer von Ölsäure in Wasser mit einem anderen zusätzlichen Tensid in einer Ethanol-Wasser Mischung ermöglicht wurde. In Abhängigkeit von der Ausgangstemperatur der initialen Komponenten konnten definierte magnetisch-stimulierbare Öl-in-Wasser Nanostrukturen erhaltet werden. Dabei gelang es Wasser-dispergierbare Nanopartikelkompartimente in eine Matrix-Hülle aus Öl-dispergierbaren Nanopartikeln einzubetten. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Wege aufgezeigt, um hybride Nanostrukturen aus inversen Mikroemulsionen selbst-organisiert herzustellen. Dies belegt, dass Mikroemulsions-Template nicht nur für die Nanopartikel Synthese geeignet sind, sondern auch für die Herstellung filamentartiger, selbstorganisierter Systeme. Es eröffnen sich hiermit neue Zugänge für die selbstorganisierte Strukturierung von Nanopartikeln auf der Mikrometerskala. N2 - Los nanomateriales híbridos ofrecen la combinación de propiedades individuales de diferentes tipos de nanopartículas. Algunas estrategias para el desarrollo de nuevas nanoestructuras en mayor escala se basan en el auto-ensamblaje (self-assembly) de nanopartículas, como una estrategia “de abajo hacia arriba” (bottom-up). El uso de estructuras de plantilla (templates) proporciona ensamblajes ordenados de formas definidas. En una plantilla blanda típica, las nanopartículas y otros agentes de actividad superficial se incorporan en líquidos no miscibles. Esto da lugar a dispersiones auto-organizadas que mediarán las interacciones entre las nanopartículas, para controlar su auto-ensamblaje resultante. Especialmente las interacciones entre nanopartículas de dispersibilidad y funcionalidades muy diferentes pueden ser redirigidas a una interfase líquido-líquido. En este proyecto se formularon microemulsiones de agua-en-aceite a partir de mezclas cuasi-ternarias con Aerosol-OT (docusato de sodio) como tensioactivo. Las nanopartículas cubiertas de ligandos oleicos, de óxido de hierro superparamagnéticas o de plata, se incorporaron en la fase orgánica continua, mientras que las nanopartículas de oro estabilizadas por polietilenimina fueron confinadas en las gotículas de agua dispersas. Cada tipo de nanopartícula puede modular de fomas muy diversas la capa de tensioactivo y las interacciones entre gotículas, y además su combinación resulta en efectos sinérgicos. Los ensamblajes interfase de nanopartículas se obtuvieron bajo procesos de separación entre fases. Por un lado, a partir de un sistema bifásico de Winsor del tipo II con baja concentración del tensioactivo, la deposición y evaporación de una gota sobre una superficie (drop-casting) de la fase superior proporcionó películas finas de nanopartículas ordenadas como redes de filamentos. Su caracterización detallada probó que este ensamblaje por plantilla sobre una superficie se basa en un agrupamiento (clustering) controlado entre nanopartículas y en la elongación de las gotículas de microemulsiones. Este proceso ofrece versatilidad para usar diferentes composiciones de nanopartículas siempre que su funcionalidad en su superficie se mantenga, además de poder usar diferentes disolventes y sobre diferentes superficies. Por otro lado, un heterocoagulado magnético se formó sobre concentraciones más altas del tensioactivo, y su transferencia de fase desde ácido oleico a agua fue posible usando otro tensioactivo auxiliar en una mezcla de agua y etanol. Cuando los componentes iniciales fueron mezclados al principio bajo calentamiento, se obtuvieron nanoestucturas definidas de aceite-en-agua que responden a un imán, las cuales consisten de dominios de nanopartículas dispersibles en agua que se rodean por un embalaje (matrix-shell) de nanopartículas dispersibles en fase oleosa. De este modo, se demostraron dos propuestas para formar diversos tipos de nanoestructuras híbridas a partir de microemulsiones inversas como dispersiones auto-organizadas de unos mismos componentes. Esto demuestra que las microemulsiones constituyen estructuras de plantilla blandas no sólo para la síntesis de nanopartículas, sino también para su auto-ensamblaje, lo que sugiere novedosas estrategias para la producción de nuevos nanomateriales sofisticados en mayor escala. KW - microemulsions KW - nanoparticles KW - surfactants KW - Colloid Chemistry KW - soft-templates KW - nanostructures KW - nanoparticle assembly KW - hybrid nanostructures KW - Kolloidchemie KW - hybride Nanostrukturen KW - Mikroemulsionen KW - Nanopartikeln-Anordnung KW - Nanopartikeln KW - Nanostrukturen KW - Soft-Templaten KW - Tenside KW - Química de Coloides KW - nanoestructuras híbridas KW - microemulsiones KW - ensamblaje de nanopartículas KW - nanopartículas KW - nanoestructuras KW - estructuras templadas blandas KW - tensioactivos Y1 - 2023 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-571801 ER - TY - JOUR A1 - Penschke, Christopher A1 - Edler von Zander, Robert A1 - Beqiraj, Alkit A1 - Zehle, Anna A1 - Jahn, Nicolas A1 - Neumann, Rainer A1 - Saalfrank, Peter T1 - Water on porous, nitrogen-containing layered carbon materials BT - the performance of computational model chemistries JF - Physical chemistry, chemical physics : PCCP ; a journal of European chemical societies / RSC, Royal Society of Chemistry N2 - Porous, layered materials containing sp(2)-hybridized carbon and nitrogen atoms, offer through their tunable properties, a versatile route towards tailormade catalysts for electrochemistry and photochemistry. A key molecule interacting with these quasi two-dimensional materials (2DM) is water, and a photo(electro)chemical key reaction catalyzed by them, is water splitting into H-2 and O-2, with the hydrogen evolution reaction (HER) and the oxygen evolution reaction (OER) as half reactions. The complexity of some C/N-based 2DM in contact with water raises special needs for their theoretical modelling, which in turn is needed for rational design of C/N-based catalysts. In this work, three classes of C/N-containing porous 2DM with varying pore sizes and C/N ratios, namely graphitic carbon nitride (g-C3N4), C2N, and poly(heptazine imides) (PHI), are studied with various computational methods. We elucidate the performance of different models and model chemistries (the combination of electronic structure method and basis set) for water and water fragment adsorption in the low-coverage regime. Further, properties related to the photo(electro)chemical activity like electrochemical overpotentials, band gaps, and optical excitation energies are in our focus. Specifically, periodic models will be tested vs. cluster models, and density functional theory (DFT) vs. wavefunction theory (WFT). This work serves as a basis for a systematic study of trends for the photo(electro)chemical activity of C/N-containing layered materials as a function of water content, pore size and density. Y1 - 2022 U6 - https://doi.org/10.1039/d2cp00657j SN - 1463-9076 SN - 1463-9084 VL - 24 IS - 24 SP - 14709 EP - 14726 PB - Royal Society of Chemistry CY - Cambridge ER - TY - JOUR A1 - Heiden, Sophia A1 - Wirth, Jonas A1 - Campen, Richard Kramer A1 - Saalfrank, Peter T1 - Water molecular beam scattering at alpha-Al2O3(0001) BT - an ab initio molecular dynamics study JF - The journal of physical chemistry : C, Nanomaterials and interfaces N2 - Recent molecular beam experiments have shown that water may adsorb molecularly or dissociatively on an α-Al2O3(0001) surface, with enhanced dissociation probability compared to “pinhole dosing”, i.e., adsorption under thermal equilibrium conditions. However, precise information on the ongoing reactions and their relative probabilities is missing. In order to shed light on molecular beam scattering for this system, we perform ab initio molecular dynamics calculations to simulate water colliding with α-Al2O3(0001). We find that single water molecules hitting a cold, clean surface from the gas phase are either reflected, molecularly adsorbed, or dissociated (so-called 1–2 dissociation only). A certain minimum translational energy (above 0.1 eV) seems to be required to enforce dissociation, which may explain the higher dissociation probability in molecular beam experiments. When the surface is heated and/or when refined surface and beam models are applied (preadsorption with water or water fragments, clustering and internal preexcitation in the beam), additional channels open, among them physisorption, water clustering on the surface, and so-called 1–4 and 1–4′ dissociation. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.8b04179 SN - 1932-7447 VL - 122 IS - 27 SP - 15494 EP - 15504 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Heiden, Sophia A1 - Yue, Yanhua A1 - Kirsch, Harald A1 - Wirth, Jonas A. A1 - Saalfrank, Peter A1 - Campen, Richard Kramer T1 - Water dissociative adsorption on α-Al2O3(112̅0) is controlled by surface site undercoordination, density, and topology JF - The journal of physical chemistry / publ. weekly by the American Chemical Society : C, Nanomaterials and interfaces N2 - α-Al2O3 surfaces are common in a wide variety of applications and useful models of more complicated, environmentally abundant, alumino-silicate surfaces. While decades of work have clarified that all properties of these surfaces depend sensitively on the crystal face and the presence of even small amounts of water, quantitative insight into this dependence has proven challenging. Overcoming this challenge requires systematic study of the mechanism by which water interacts with various α-Al2O3 surfaces. Such insight is most easily gained for the interaction of small amounts of water with surfaces in ultra high vacuum. In this study, we continue our combined theoretical and experimental approach to this problem, previously applied to water interaction with the α-Al2O3 (0001) and (11̅02) surfaces, now to water interaction with the third most stable surface, that is, the (112̅0). Because we characterize all three surfaces using similar tools, it is straightforward to conclude that the (112̅0) is most reactive with water. The most important factor explaining its increased reactivity is that the high density of undercoordinated surface Al atoms on the (112̅0) surface allows the bidentate adsorption of OH fragments originating from dissociatively adsorbed water, while only monodentate adsorption is possible on the (0001) and (11̅02) surfaces: the reactivity of α-Al2O3 surfaces with water depends strongly, and nonlinearly, on the density of undercoordinated surface Al atoms. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b10410 SN - 1932-7447 VL - 122 IS - 12 SP - 6573 EP - 6584 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - THES A1 - Heiden, Sophia L. T1 - Water at α-alumina surfaces T1 - Wasser auf alpha-Aluminiumoxid-Oberflächen BT - energetics, dynamics and kinetics BT - Energetik, Dynamik und Kinetik N2 - The (0001) surface of α-Al₂O₃ is the most stable surface cut under UHV conditions and was studied by many groups both theoretically and experimentally. Reaction barriers computed with GGA functionals are known to be underestimated. Based on an example reaction at the (0001) surface, this work seeks to improve this rate by applying a hybrid functional method and perturbation theory (LMP2) with an atomic orbital basis, rather than a plane wave basis. In addition to activation barriers, we calculate the stability and vibrational frequencies of water on the surface. Adsorption energies were compared to PW calculations and confirmed PBE+D2/PW stability results. Especially the vibrational frequencies with the B3LYP hybrid functional that have been calculated for the (0001) surface are in good agreement with experimental findings. Concerning the barriers and the reaction rate constant, the expectations are fully met. It could be shown that recalculation of the transition state leads to an increased barrier, and a decreased rate constant when hybrid functionals or LMP2 are applied. Furthermore, the molecular beam scattering of water on (0001) surface was studied. In a previous work by Hass the dissociation was studied by AIMD of molecularly adsorbed water, referring to an equilibrium situation. The experimental method to obtaining this is pinhole dosing. In contrast to this earlier work, the dissociation process of heavy water that is brought onto the surface from a molecular beam source was modeled in this work by periodic ab initio molecular dynamics simulations. This experimental method results in a non-equilibrium situation. The calculations with different surface and beam models allow us to understand the results of the non-equilibrium situation better. In contrast to a more equilibrium situation with pinhole dosing, this gives an increase in the dissociation probability, which could be explained and also understood mechanistically by those calculations. In this work good progress was made in understanding the (1120) surface of α-Al₂O₃ in contact with water in the low-coverage regime. This surface cut is the third most stable one under UHV conditions and has not been studied to a great extent yet. After optimization of the clean, defect free surface, the stability of different adsorbed species could be classified. One molecular minimum and several dissociated species could be detected. Starting from these, reaction rates for various surface reactions were evaluated. A dissociation reaction was shown to be very fast because the molecular minimum is relatively unstable, whereas diffusion reactions cover a wider range from fast to slow. In general, the (112‾0) surface appears to be much more reactive against water than the (0001) surface. In addition to reactivity, harmonic vibrational frequencies were determined for comparison with the findings of the experimental “Interfacial Molecular Spectroscopy” group from Fritz-Haber institute in Berlin. Especially the vibrational frequencies of OD species could be assigned to vibrations from experimental SFG spectra with very good agreement. Also, lattice vibrations were studied in close collaboration with the experimental partners. They perform SFG spectra at very low frequencies to get deep into the lattice vibration region. Correspondingly, a bigger slab model with greater expansion perpendicular to the surface was applied, considering more layers in the bulk. Also with the lattice vibrations we could obtain reasonably good agreement in terms of energy differences between the peaks. N2 - Das wissenschaftliche Interesse an der Untersuchung von Oberflächen hat in den letzten Jahren stark zugenommen. Oberflächen spielen unter anderem in Katalyse, Nanotechnologie und Korrosionsforschung eine wichtige Rolle. Es wurden nicht nur Fortschritte im experimentellen Bereich, sondern auch in der theoretischen, computergestützten Analyse dieser Systeme erzielt. Durch leistungsstärkere Computer und ausgefeiltere Software mit immer besseren Methoden können heutzutage wesentlich größere, komplexere Systeme mit höherer Genauigkeit untersucht werden, als noch vor zehn Jahren. In dieser Arbeit wurden derartige Rechnungen angewandt, um Prozesse der α-Aluminiumoxid-Oberfläche besser zu verstehen. Es wurde in drei Teilprojekten wissenschaftlichen Fragestellungen zu Aufbau, Stabilität, Wasseradsorption, Reaktivität und Schwingungseigenschaften nachgegangen, letztere auch im Vergleich zu experimentellen Befunden. Im ersten Teilprojekt wurde auf ein bekanntes Problem der genutzten Methodik eingegangen. Wie aus der Literatur bekannt ist, werden bei dem Dichtefunktional PBE, das in dieser Arbeit hauptsächlich verwendet wurde, die Reaktionsbarrieren unterschätzt, und somit Raten überschätzt. Mit Hilfe zweier unterschiedlicher Methoden konnte dieses Problem deutlich verbessert werden, sodass die Barrieren erhöht und die Raten verringert wurden, was mehr dem Bild der Realität entspricht. Diese Methoden sind zum einen die sogenannten Hybridfunktionale und zum anderen lokale Møller-Plesset Störungstheorie. Außerdem wurden Adsorptionsenergien und Vibrationen berechnet und mit vorherigen Rechnungen, sowie experimentellen Daten verglichen. In einem zweiten Teilprojekt wurde die Streuung von Wasser an der Oberfläche untersucht. In einem Molekularstrahlexperiment konnte kürzlich nachgewiesen werden, dass sich die Dissoziationswahrscheinlichkeit im Vergleich zur Pinhole-Dosierung erhöht (beides sind Methoden um Wasser auf die Oberfläche aufzubringen). In dieser Arbeit konnte dies durch Simulationen nachgewiesen und mechanistisch aufgeklärt werden. Ein weiteres Teilprojekt befasste sich mit der (112‾0)-Oberfläche, zu der es bislang wenige Untersuchungen gibt. Hier wurde zunächst die Oberfläche ohne Wasser untersucht, um die Beschaffenheit zu erkunden. Anschließend wurde das Verhalten eines Wassermoleküls auf der Oberfläche untersucht. Es kann sowohl molekular adsorbieren, als auch in seine Bestandteile OH und H dissoziiert vorliegen, wobei die dissoziierten Strukturen wesentlich stabiler sind. Die Reaktionsraten für Dissoziation und Diffusion wurden untersucht. Erstere sind sehr schnell (Größenordnung 10¹² pro Sekunde) und letztere können einen weiten Bereich abdecken (10⁻¹³-10⁶s⁻¹). Im Vergleich mit oberflächenspezifischen Schwingungsspektroskopie-Experimenten konnte gute Übereinstimmung gefunden werden. So waren wir in der Lage, die jeweiligen OD Gruppen jeder Schwingung den experimentellen Daten zuzuweisen, wobei D hier Deuterium, also schwerer Wasserstoff ist. KW - surface science KW - alumina KW - water at alumina KW - theoretical chemistry KW - theoretische Chemie KW - Aluminiumoberfläche KW - Wasser auf Aluminiumoxid KW - Oberflächenchemie Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-426366 ER - TY - THES A1 - Halbrügge, Lena T1 - Von der Curricularen Innovation zur Wissenschaftskommunikation T1 - From curriculum innovation to science communication BT - Explorative Entwicklung und Evaluation einer Wissenschaftskommunikationsstrategie für naturwissenschaftliche Forschungsverbünde BT - exploratory development and evaluation of a strategy for science communication in scientific research associations N2 - Im Rahmen einer explorativen Entwicklung wurde in der vorliegenden Studie ein Konzept zur Wissenschaftskommunikation für ein Graduiertenkolleg, in dem an photochemischen Prozessen geforscht wird, erstellt und anschließend evaluiert. Der Grund dafür ist die immer stärker wachsende Forderung nach Wissenschaftskommunikation seitens der Politik. Es wird darüber hinaus gefordert, dass die Kommunikation der eigenen Forschung in Zukunft integrativer Bestandteil des wissenschaftlichen Arbeitens wird. Um junge Wissenschaftler bereits frühzeitig auf diese Aufgabe vorzubereiten, wird Wissenschaftskommunikation auch in Forschungsverbünden realisiert. Aus diesem Grund wurde in einer Vorstudie untersucht, welche Anforderungen an ein Konzept zur Wissenschaftskommunikation im Rahmen eines Forschungsverbundes gestellt werden, indem die Einstellung der Doktoranden zur Wissenschaftskommunikation sowie ihre Kommunikationsfähigkeiten anhand eines geschlossenen Fragebogens evaluiert wurden. Darüber hinaus wurden aus den Daten Wissenschaftskommunikationstypen abgeleitet. Auf Grundlage der Ergebnisse wurden unterschiedliche Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen entwickelt, die sich in der Konzeption, den Rezipienten, sowie der Form der Kommunikation und den Inhalten unterscheiden. Im Rahmen dieser Entwicklung wurde eine Lerneinheit mit Bezug auf die Inhalte des Graduiertenkollegs, bestehend aus einem Lehr-Lern-Experiment und den dazugehörigen Begleitmaterialien, konzipiert. Anschließend wurde die Lerneinheit in eine der Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen integriert. Je nach Anforderung an die Doktoranden, wurden die Maßnahmen durch vorbereitende Workshops ergänzt. Durch einen halboffenen Pre-Post-Fragebogen wurde der Einfluss der Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen und der dazugehörigen Workshops auf die Selbstwirksamkeit der Doktoranden evaluiert, um Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie sich die Wahrnehmung der eigenen Kommunikationsfähigkeiten durch die Interventionen verändert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die einzelnen Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen die verschiedenen Typen in unterschiedlicher Weise beeinflussen. Es ist anzunehmen, dass es abhängig von der eigenen Einschätzung der Kommunikationsfähigkeit unterschiedliche Bedürfnisse der Förderung gibt, die durch dedizierte Wissenschaftskommunikationsmaßnahmen berücksichtigt werden können. Auf dieser Grundlage werden erste Ansätze für eine allgemeingültige Strategie vorgeschlagen, die die individuellen Fähigkeiten zur Wissenschaftskommunikation in einem naturwissenschaftlichen Forschungsverbund fördert. N2 - As part of an exploratory research approach a concept for science communication was developed and evaluated for a research training group that focuses on photochemical processes. The increasing demand for science communication by politics justifies this approach. Furthermore, for future scientists the communication of their own research is demanded to be an integrative part of good scientific practice. To prepare young researchers for the upcoming task at an early stage, science communication is also required in research associations. Hence, a preliminary study was conducted to first investigate the requirements of a science communication concept by evaluating doctoral students’ attitudes towards science communication and their communication skills using a questionnaire comprising closed questions. Moreover, science communication types where derived from the data. Based on these results multiple science communication measures that differ in the conception, the recipients, the form of the communication and their content were developed. With reference to the content of the graduate program an experiment and the accompanying material for teaching was designed. It can be used in schools and extracurricular learning settings. Subsequently, the teaching unit was implemented into one measure. Depending on the requirements of each science communication measure for the doctoral students the measures were complemented by preparatory workshops. Through a semi-open pre-post questionnaire, the impact of the science communication measures and the associated workshops on the doctoral students’ self-efficacy was evaluated. Also, conclusions about how the perception of their own communication skills changed as a result of the intervention could be drawn. The results suggest that the individual science communication measures affect the different types in various ways. It is likely that depending on one’s assessment of communication skills, there are different funding needs that can be addressed through dedicated measures. In this way, a generally applicable strategy which promotes individual science communication skills in a scientific research association will be proposed. KW - Wissenschaftskommunikation KW - Curriculare Innovation KW - Chemie KW - Elektrolumineszenz KW - Lerneinheit KW - Elektrolumineszenz-Folie KW - Wissenschaftskommunikationstypen KW - chemistry KW - curriculum innovation KW - electroluminescence KW - electroluminescent foil KW - learning unit KW - science communication KW - science communication types Y1 - 2024 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-620357 ER - TY - THES A1 - Riemer, Martin T1 - Vom Phenol zum Naturstoff : Entwicklung nachhaltiger Mikrowellen-vermittelter SUZUKI-MIYAURA-Kupplungen und Tandem-Reaktionen T1 - From phenol to natural products : development of sustainable microwave-mediated Suzuki-Miyaura couplings and tandem reactions N2 - Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Methoden zur Synthese von auf Phenol basierenden Naturstoffen. Insbesondere wurde bei der Methodenentwicklung die Nachhaltigkeit in den Vordergrund gerückt. Dies bedeutet, dass durch die Zusammenfassung mehrerer Syntheseschritte zu einem (Tandem-Reaktion) beispielsweise unnötige Reaktionsschritte vermieden werden sollten. Ferner sollten im Sinne der Nachhaltigkeit möglichst ungiftige Reagenzien und Lösungmittel verwendet werden, ebenso wie mehrfach wiederverwertbare Katalysatoren zum Einsatz kommen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Methoden zum Aufbau von Biphenolen mittels Pd/C-katalysierten Suzuki-Miyaura-Kupplungen entwickelt. Diese Methoden sind insofern äußerst effizient, da der ansonsten gebräuchliche Syntheseweg über drei Reaktionsschritte somit auf lediglich eine Reaktionsstufe reduziert wurde. Weiterhin wurden die Reaktionsbedingungen so gestaltet, dass einfaches Wasser als vollkommen ungiftiges Lösungsmittel verwendet werden konnte. Des Weiteren wurde für diese Reaktionen ein Katalysator gewählt, der einfach durch Filtration vom Reaktionsgemisch abgetrennt und für weitere Reaktionen mehrfach wiederverwendet werden konnte. Darüber hinaus konnte durch die Synthese von mehr als 100 Verbindungen die breite Anwendbarkeit der Methoden aufgezeigt werden. Mit den entwickelten Methoden konnten 14 Naturstoffe - z. T. erstmals - synthetisiert werden. Derartige Stoffe werden u. a. von den ökonomisch bedeutenden Kernobstgewächsen (Äpfeln, Birnen) als Abwehrmittel gegenüber Schädlingen erzeugt. Folglich konnte mit Hilfe dieser Methoden ein Syntheseweg für potentielle Pflanzenschutzmittel entwickelt werden. Im zweiten Teil dieser Arbeit wurde ein Zugang zu den sich ebenfalls vom Phenol ableitenden Chromanonen, Chromonen und Cumarinen untersucht. Bei diesen Untersuchungen konnte durch die Entwicklung zweier neuer Tandem-Reaktionen ein nachhaltiger und stufenökonomischer Syntheseweg zur Darstellung substituierter Benzo(dihydro)pyrone aufgezeigt werden. Durch die erstmalige Kombination der Claisen-Umlagerung mit einer Oxa-Michael-Addition bzw. konjugierten-Addition wurden zwei vollkommen atomökonomische Reaktionen miteinander verknüpft und somit eine überaus effiente Synthese von allyl- bzw. prenylsubstituierten Chromanonen und Chromonen ermöglicht. Ferner konnten durch die Anwendung einer Claisen-Umlagerung-Wittig-Laktonisierungs-Reaktion allyl- bzw. prenylsubstituierte Cumarine erhalten werden. Herausragendes Merkmal dieser Methoden war, dass in nur einem Schritt der jeweilige Naturstoffgrundkörper aufgebaut und eine lipophile Seitenkette generiert werden konnte. Die Entwicklung dieser Methoden ist von hohem pharmazeutischem Stellenwert, da auf diesen Wegen Verbindungen synthetisiert werden können, die zum einem über das notwendige pharmakologische Grundgerüst verfügen und zum anderen über eine Seitenkette, welche die Aufnahmefähigkeit und damit die Wirksamkeit im Organismus beträchtlich erhöht. Insgesamt konnten mittels der entwickelten Methoden 15 Chromanon-, Chromon- und Cumarin-Naturstoffe z. T. erstmals synthetisiert werden. N2 - The aim of this work was the development of methods for the synthesis of natural products based on phenol. In particular, in developing methods, sustainability has been brought to the fore. This means that, for example, unnecessary reaction steps should be avoided by the combination of several synthetic steps to a (tandem reaction). Furthermore, non-toxic as possible in terms of sustainability reagents and solvents should be used, as well as multiple reusable catalysts are used. In this work, methods have been developed for the synthesis of bisphenols using Pd / C-catalyzed Suzuki-Miyaura coupling reactions. These methods are so far äuÿerst e? Cient, since the otherwise common synthetic route was thus reduced to merely a reaction stage, three reaction steps. Furthermore, the reaction conditions were designed to plain water could be used as a completely non-toxic solvent. It was also elected a catalyst for these reactions, which could be easily separated by filtration from the reaction mixture and reused several times for further reactions. In addition, it could be demonstrated through the synthesis of more than 100 compounds, the broad applicability of the methods. ., For the first time T. - - Using the methods developed 14 natural compounds could be synthesized. Such substances are among others generated by the economically important pome fruit crops (apples, pears) as a defense against pests. Consequently, it could be developed using these methods, a synthetic route for potential plant protection products. In the second part of this work, access to the likewise derived from phenol chromanones, chromones and coumarins was investigated. In these studies, a sustainable and economical route in stages to represent substituted benzo (dihydro) pyrones could be demonstrated by the development of two new tandem reactions. The initial combination of the Claisen rearrangement with an oxa-Michael addition or conjugated addition of two perfectly atom-economical reactions were interlinked and thus allows a very effiente synthesis of allyl or prenylsubstituierten chromanones and chromones. Furthermore or prenylsubstituierte coumarins could be obtained by the application of a Claisen rearrangement Wittig lactonization reaction allyl. The outstanding feature of these methods was that built up in only one step of the respective natural product base and a lipophilic side chain could be generated. The development of these methods is of great pharmaceutical importance, since these paths compounds can be synthesized on a the necessary pharmacological Backbone and on the other hand have a side chain, which increases the absorption and thus the effectiveness in the body considerably. Overall, z. T. were synthesized using the methods developed Chromanon- 15, chromone and coumarin-natural products for the first time. KW - Phenol KW - Biphenol KW - Cumarin KW - Chromon KW - Chromanon KW - phenol KW - biphenol KW - coumarine KW - chromone KW - chromanone Y1 - 2014 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-72525 ER - TY - THES A1 - Schulte-Osseili, Christine T1 - Vom Monomer zum Glykopolymer T1 - From monomer to glycopolymer BT - Anwendung als Biofunktionalitäten auf Oberflächen und als Transportmoleküle BT - application as biofunctionalized surfaces and transport molecules N2 - Glykopolymere sind synthetische und natürlich vorkommende Polymere, die eine Glykaneinheit in der Seitenkette des Polymers tragen. Glykane sind durch die Glykan-Protein-Wechselwirkung verantwortlich für viele biologische Prozesse. Die Beteiligung der Glykanen in diesen biologischen Prozessen ermöglicht das Imitieren und Analysieren der Wechselwirkungen durch geeignete Modellverbindungen, z.B. der Glykopolymere. Dieses System der Glykan-Protein-Wechselwirkung soll durch die Glykopolymere untersucht und studiert werden, um die spezifische und selektive Bindung der Proteine an die Glykopolymere nachzuweisen. Die Proteine, die in der Lage sind, Kohlenhydratstrukturen selektiv zu binden, werden Lektine genannt. In dieser Dissertationsarbeit wurden verschiedene Glykopolymere synthetisiert. Dabei sollte auf einen effizienten und kostengünstigen Syntheseweg geachtet werden. Verschiedene Glykopolymere wurden durch funktionalisierte Monomere mit verschiedenen Zuckern, wie z.B. Mannose, Laktose, Galaktose oder N-Acetyl-Glukosamin als funktionelle Gruppe, hergestellt. Aus diesen funktionalisierten Glykomonomeren wurden über ATRP und RAFT-Polymerisation Glykopolymere synthetisiert. Die erhaltenen Glykopolymere wurden in Diblockcopolymeren als hydrophiler Block angewendet und die Selbstassemblierung in wässriger Lösung untersucht. Die Polymere formten in wässriger Lösung Mizellen, bei denen der Zuckerblock an der Oberfläche der Mizellen sitzt. Die Mizellen wurden mit einem hydrophoben Fluoreszenzfarbstoff beladen, wodurch die CMC der Mizellenbildung bestimmt werden konnte. Außerdem wurden die Glykopolymere als Oberflächenbeschichtung über „Grafting from“ mit SI-ATRP oder über „Grafting to“ auf verschiedene Oberflächen gebunden. Durch die glykopolymerbschichteten Oberflächen konnte die Glykan Protein Wechselwirkung über spektroskopische Messmethoden, wie SPR- und Mikroring Resonatoren untersucht werden. Hierbei wurde die spezifische und selektive Bindung der Lektine an die Glykopolymere nachgewiesen und die Bindungsstärke untersucht. Die synthetisierten Glykopolymere könnten durch Austausch der Glykaneinheit für andere Lektine adressierbar werden und damit ein weites Feld an anderen Proteinen erschließen. Die bioverträglichen Glykopolymere wären alternativen für den Einsatz in biologischen Prozessen als Transporter von Medikamenten oder Farbstoffe in den Körper. Außerdem könnten die funktionalisierten Oberflächen in der Diagnostik zum Erkennen von Lektinen eingesetzt werden. Die Glykane, die keine selektive und spezifische Bindung zu Proteinen eingehen, könnten als antiadsorptive Oberflächenbeschichtung z.B. in der Zellbiologie eingesetzt werden. N2 - Glycopolymers are synthetic and naturally occurring polymers that carry a gylcan unit in the side chain of the polymer. Glycans are responsible for many biological processes due to the glycn-protein interaction. The involvement of glcans in these biological processes enables the imitation and analysis of interactions by suitable model coumponds, e.g. glycopolymers. This system of glycan-protein interaction will be investigated and studied by glycopolymers in order to demonstrate the specific and selective binding of proteins to glycopolymers. The proteins that are able to selectively bind carbohydrate structures are called lectins. In this dissertation different glycopolymers were synthesized. Care should be taken to ensure an effficient and cost-effective synthesis route. Different glycopolymers were produced by functionalized monomers with different sugars, such as mannose, lactose, galactose or N-acetyl-glucosamine as functional group. From these functionalized glycomonomers, glycopolymers were synthesized via ATRP and RAFT polymerization. The glycopolymers obtained were used as hydrophilic blocks in diblock copolymers and self-assembly in aqueous solution was investigated. In aqueoussolution, the polymers formed micelles in which the sugar block sits on the surface of the micelles. The micelles were loaded with a hydrophobic fluorescent dxe, which made it possible to determine the CMC of micelle formation. In additiom, the glycopolymers were bound to various surfaces as surface coatings via “grafting from” with SI-ATRP or via “grafting to”. Through the glycopolymer-coated surfaces, the glycan-protein interaction could be investigated by spectroscpic measurement methods such as SPR and microring resonators. The specific and selective binding of lectins to the glycopolymers was detected and the binding strength was investigated. The synthesised glycopolymers could become adressable for other lectins by exchanging the glycan unit and thus open up a broad field of other proteins. The biocompatible glycopolymers would be an alternative for use in iological processes as transporters of drugs or dyes into the body. In addtion, the functionalised surfaces could be used in diagnostics for regognition of lectins. The glycan, which do nit bind selectively and specifically to proetins, could be used as anit-adsoptive surface coatings, e.g. in cell biology. KW - Glykopolymere KW - Polymerisation KW - Oberflächenbeschichtung KW - Lektine KW - Glykan-Protein-Wechselwirkung KW - glycopolymers KW - polymerization KW - surface modification KW - lectins KW - glycan-protein interaction Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-432169 ER - TY - JOUR A1 - Yan, Jiawei A1 - Frøkjær, Emil Egede A1 - Engelbrekt, Christian A1 - Leimkühler, Silke A1 - Ulstrup, Jens A1 - Wollenberger, Ulla A1 - Xiao, Xinxin A1 - Zhang, Jingdong T1 - Voltammetry and single-molecule in situ scanning tunnelling microscopy of the redox metalloenzyme human sulfite oxidase JF - ChemElectroChem N2 - Human sulfite oxidase (hSO) is a homodimeric two-domain enzyme central in the biological sulfur cycle. A pyranopterin molybdenum cofactor (Moco) is the catalytic site and a heme b(5) group located in the N-terminal domain. The two domains are connected by a flexible linker region. Electrons produced at the Moco in sulfite oxidation, are relayed via heme b(5) to electron acceptors or an electrode surface. Inter-domain conformational changes between an open and a closed enzyme conformation, allowing "gated" electron transfer has been suggested. We first recorded cyclic voltammetry (CV) of hSO on single-crystal Au(111)-electrode surfaces modified by self-assembled monolayers (SAMs) both of a short rigid thiol, cysteamine and of a longer structurally flexible thiol, omega-amino-octanethiol (AOT). hSO on cysteamine SAMs displays a well-defined pair of voltammetric peaks around -0.207 V vs. SCE in the absence of sulfite substrate, but no electrocatalysis. hSO on AOT SAMs displays well-defined electrocatalysis, but only "fair" quality voltammetry in the absence of sulfite. We recorded next in situ scanning tunnelling spectroscopy (STS) of hSO on AOT modified Au(111)-electrodes, disclosing, a 2-5 % surface coverage of strong molecular scale contrasts, assigned to single hSO molecules, notably with no contrast difference in the absence and presence of sulfite. In situ STS corroborated this observation with a sigmoidal tunnelling current/overpotential correlation. KW - cyclic voltammetry KW - human sulfite oxidase KW - in  situ scanning KW - tunnelling spectroscopy KW - self-assembled molecular monolayers KW - single-crystal gold electrodes Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1002/celc.202001258 SN - 2196-0216 VL - 8 IS - 1 SP - 164 EP - 171 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER - TY - JOUR A1 - Sun, Fu A1 - Dong, Kang A1 - Osenberg, Markus A1 - Hilger, Andre A1 - Risse, Sebastian A1 - Lu, Yan A1 - Kamm, Paul H. A1 - Klaus, Manuela A1 - Markoetter, Henning A1 - Garcia-Moreno, Francisco A1 - Arlt, Tobias A1 - Manke, Ingo T1 - Visualizing the morphological and compositional evolution of the interface of InLi-anode|thio-LISION electrolyte in an all-solid-state Li-S cell by in operando synchrotron X-ray tomography and energy dispersive diffraction JF - Journal of materials chemistry : A, Materials for energy and sustainability N2 - Dynamic and direct visualization of interfacial evolution is helpful in gaining fundamental knowledge of all-solid-state-lithium battery working/degradation mechanisms and clarifying future research directions for constructing next-generation batteries. Herein, in situ and in operando synchrotron X-ray tomography and energy dispersive diffraction were simultaneously employed to record the morphological and compositional evolution of the interface of InLi-anode|sulfide-solid-electrolyte during battery cycling. Compelling morphological evidence of interfacial degradation during all-solid-state-lithium battery operation has been directly visualized by tomographic measurement. The accompanying energy dispersive diffraction results agree well with the observed morphological deterioration and the recorded electrochemical performance. It is concluded from the current investigation that a fundamental understanding of the phenomena occurring at the solid-solid electrode|electrolyte interface during all-solid-state-lithium battery cycling is critical for future progress in cell performance improvement and may determine its final commercial viability. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1039/c8ta08821g SN - 2050-7488 SN - 2050-7496 VL - 6 IS - 45 SP - 22489 EP - 22496 PB - Royal Society of Chemistry CY - Cambridge ER - TY - JOUR A1 - Ugwuja, Chidinma G. A1 - Adelowo, Olawale O. A1 - Ogunlaja, Aemere A1 - Omorogie, Martins O. A1 - Olukanni, Olumide D. A1 - Ikhimiukor, Odion O. A1 - Iermak, Ievgeniia A1 - Kolawole, Gabriel A. A1 - Günter, Christina A1 - Taubert, Andreas A1 - Bodede, Olusola A1 - Moodley, Roshila A1 - Inada, Natalia M. A1 - Camargo, Andrea S.S. de A1 - Unuabonah, Emmanuel Iyayi T1 - Visible-Light-Mediated Photodynamic Water Disinfection @ Bimetallic-Doped Hybrid Clay Nanocomposites JF - ACS applied materials & interfaces N2 - This study reports a new class of photocatalytic hybrid clay nanocomposites prepared from low-cost sources (kaolinite clay and Carica papaya seeds) doped with Zn and Cu salts via a solvothermal process. X-ray diffraction analysis suggests that Cu-doping and Cu/Zn-doping introduce new phases into the crystalline structure of Kaolinite clay, which is linked to the reduced band gap of kaolinite from typically between 4.9 and 8.2 eV to 2.69 eV for Cu-doped and 1.5 eV for Cu/Zn hybrid clay nanocomposites (Nisar, J.; Arhammar, C.; Jamstorp, E.; Ahuja, R. Phys. Rev. B 2011, 84, 075120). In the presence of solar light irradiation, Cu- and Cu/Zn-doped nanocomposites facilitate the electron hole pair separation. This promotes the generation of singlet oxygen which in turn improves the water disinfection efficiencies of these novel nanocomposite materials. The nanocomposite materials were further characterized using high-resolution scanning electron microscopy, fluorimetry, therrnogravimetric analysis, and Raman spectroscopy. The breakthrough times of the nanocomposites for a fixed bed mode of disinfection of water contaminated with 2.32 x 10(7) cfu/mL E. coli ATCC 25922 under solar light irradiation are 25 h for Zn-doped, 30 h for Cu-doped, and 35 h for Cu/Zn-doped nanocomposites. In the presence of multidrug and multimetal resistant strains of E. coli, the breakthrough time decreases significantly. Zn-only doped nanocomposites are not photocatalytically active. In the absence of light, the nanocomposites are still effective in decontaminating water, although less efficient than under solar light irradiation. Electrostatic interaction, metal toxicity, and release of singlet oxygen (only in the Cu-doped and Cu/Zn-doped nanocomposites) are the three disinfection mechanisms by which these nanocomposites disinfect water. A regrowth study indicates the absence of any living E. coli cells in treated water even after 4 days. These data and the long hydraulic times (under gravity) exhibited by these nanocomposites during photodisinfection of water indicate an unusually high potential of these nanocomposites as efficient, affordable, and sustainable point-of-use systems for the disinfection of water in developing countries. KW - disinfection KW - nanocomposite material KW - multidrug-resistant Escherichia coli KW - water KW - reactive oxygen species Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1021/acsami.9b01212 SN - 1944-8244 SN - 1944-8252 VL - 11 IS - 28 SP - 25483 EP - 25494 PB - American Chemical Society CY - Washington, DC ER - TY - JOUR A1 - Goychuk, Igor T1 - Viscoelastic subdiffusion in a random Gaussian environment JF - Physical chemistry, chemical physics : a journal of European Chemical Societies N2 - Viscoelastic subdiffusion governed by a fractional Langevin equation is studied numerically in a random Gaussian environment modeled by stationary Gaussian potentials with decaying spatial correlations. This anomalous diffusion is archetypal for living cells, where cytoplasm is known to be viscoelastic and a spatial disorder also naturally emerges. We obtain some first important insights into it within a model one-dimensional study. Two basic types of potential correlations are studied: short-range exponentially decaying and algebraically slow decaying with an infinite correlation length, both for a moderate (several kBT, in the units of thermal energy), and strong (5–10kBT) disorder. For a moderate disorder, it is shown that on the ensemble level viscoelastic subdiffusion can easily overcome the medium's disorder. Asymptotically, it is not distinguishable from the disorder-free subdiffusion. However, a strong scatter in single-trajectory averages is nevertheless seen even for a moderate disorder. It features a weak ergodicity breaking, which occurs on a very long yet transient time scale. Furthermore, for a strong disorder, a very long transient regime of logarithmic, Sinai-type diffusion emerges. It can last longer and be faster in the absolute terms for weakly decaying correlations as compared with the short-range correlations. Residence time distributions in a finite spatial domain are of a generalized log-normal type and are reminiscent also of a stretched exponential distribution. They can be easily confused for power-law distributions in view of the observed weak ergodicity breaking. This suggests a revision of some experimental data and their interpretation. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1039/c8cp05238g SN - 1463-9076 SN - 1463-9084 VL - 20 IS - 37 SP - 24140 EP - 24155 PB - Royal Society of Chemistry CY - Cambridge ER - TY - JOUR A1 - Xiong, Tao A1 - Włodarczyk, Radosław Stanisław A1 - Gallandi, Lukas A1 - Körzdörfer, Thomas A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrationally resolved photoelectron spectra of lower diamondoids BT - a time-dependent approach JF - The journal of chemical physics : bridges a gap between journals of physics and journals of chemistry N2 - Vibrationally resolved lowest-energy bands of the photoelectron spectra (PES) of adamantane, diamantane, and urotropine were simulated by a time-dependent correlation function approach within the harmonic approximation. Geometries and normal modes for neutral and cationic molecules were obtained from B3LYP hybrid density functional theory (DFT). It is shown that the simulated spectra reproduce the experimentally observed vibrational finestructure (or its absence) quite well. Origins of the finestructure are discussed and related to recurrences of autocorrelation functions and dominant vibrations. Remaining quantitative and qualitative errors of the DFT-derived PES spectra refer to (i) an overall redshift by ∼0.5 eV and (ii) the absence of satellites in the high-energy region of the spectra. The former error is shown to be due to the neglect of many-body corrections to ordinary Kohn-Sham methods, while the latter has been argued to be due to electron-nuclear couplings beyond the Born-Oppenheimer approximation [Gali et al., Nat. Commun. 7, 11327 (2016)]. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1063/1.5012131 SN - 0021-9606 SN - 1089-7690 VL - 148 IS - 4 PB - American Institute of Physics CY - Melville ER - TY - GEN A1 - Banerjee, Shiladitya A1 - Stüker, Tony A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrationally resolved optical spectra of modified diamondoids obtained from time-dependent correlation function methods N2 - Optical properties of modified diamondoids have been studied theoretically using vibrationally resolved electronic absorption, emission and resonance Raman spectra. A time-dependent correlation function approach has been used for electronic two-state models, comprising a ground state (g) and a bright, excited state (e), the latter determined from linear-response, time-dependent density functional theory (TD-DFT). The harmonic and Condon approximations were adopted. In most cases origin shifts, frequency alteration and Duschinsky rotation in excited states were considered. For other cases where no excited state geometry optimization and normal mode analysis were possible or desired, a short-time approximation was used. The optical properties and spectra have been computed for (i) a set of recently synthesized sp2/sp3 hybrid species with C[double bond, length as m-dash]C double-bond connected saturated diamondoid subunits, (ii) functionalized (mostly by thiol or thione groups) diamondoids and (iii) urotropine and other C-substituted diamondoids. The ultimate goal is to tailor optical and electronic features of diamondoids by electronic blending, functionalization and substitution, based on a molecular-level understanding of the ongoing photophysics. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 211 Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-86826 ER - TY - JOUR A1 - Banerjee, Shiladitya A1 - Stüker, Tony A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrationally resolved optical spectra of modified diamondoids obtained from time-dependent correlation function methods JF - Physical chemistry, chemical physics : PCCP ; a journal of European chemical societies N2 - Optical properties of modified diamondoids have been studied theoretically using vibrationally resolved electronic absorption, emission and resonance Raman spectra. A time-dependent correlation function approach has been used for electronic two-state models, comprising a ground state (g) and a bright, excited state (e), the latter determined from linear-response, time-dependent density functional theory (TD-DFT). The harmonic and Condon approximations were adopted. In most cases origin shifts, frequency alteration and Duschinsky rotation in excited states were considered. For other cases where no excited state geometry optimization and normal mode analysis were possible or desired, a short-time approximation was used. The optical properties and spectra have been computed for (i) a set of recently synthesized sp2/sp3 hybrid species with C[double bond, length as m-dash]C double-bond connected saturated diamondoid subunits, (ii) functionalized (mostly by thiol or thione groups) diamondoids and (iii) urotropine and other C-substituted diamondoids. The ultimate goal is to tailor optical and electronic features of diamondoids by electronic blending, functionalization and substitution, based on a molecular-level understanding of the ongoing photophysics. Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1039/C5CP02615F SN - 1463-9084 SN - 1463-9076 VL - 17 IS - 29 SP - 19656 EP - 19669 PB - Royal Society of Chemistry CY - Cambridge ER - TY - THES A1 - Xiong, Tao T1 - Vibrationally resolved absorption, emission, resonance Raman and photoelectron spectra of selected organic molecules, associated radicals and cations T1 - Schwingungsaufgelöste Absorptions-, Emissions-, Resonanz-Raman- und Photoelektronenspektren ausgewählter organischer Moleküle, assoziierter Radikale und Kationen BT - a time-dependent approach BT - ein zeitabhängiger Ansatz N2 - Time-dependent correlation function based methods to study optical spectroscopy involving electronic transitions can be traced back to the work of Heller and coworkers. This intuitive methodology can be expected to be computationally efficient and is applied in the current work to study the vibronic absorption, emission, and resonance Raman spectra of selected organic molecules. Besides, the "non-standard" application of this approach to photoionization processes is also explored. The application section consists of four chapters as described below. In Chapter 4, the molar absorptivities and vibronic absorption/emission spectra of perylene and several of its N-substituted derivatives are investigated. By systematically varying the number and position of N atoms, it is shown that the presence of nitrogen heteroatoms has a negligible effect on the molecular structure and geometric distortions upon electronic transitions, while spectral properties are more sensitive: In particular the number of N atoms is important while their position is less decisive. Thus, N-substitution can be used to fine-tune the optical properties of perylene-based molecules. In Chapter 5, the same methods are applied to study the vibronic absorption/emission and resonance Raman spectra of a newly synthesized donor-acceptor type molecule. The simulated absorption/emission spectra agree fairly well with experimental data, with discrepancies being attributed to solvent effects. Possible modes which may dominate the fine-structure in the vibronic spectra are proposed by analyzing the correlation function with the aid of Raman and resonance Raman spectra. In the next two chapters, besides the above types of spectra, the methods are extended to study photoelectron spectra of several small diamondoid-related systems (molecules, radicals, and cations). Comparison of the photoelectron spectra with available experimental data suggests that the correlation function based approach can describe ionization processes reasonably well. Some of these systems, cationic species in particular, exhibit somewhat peculiar optical behavior, which presents them as possible candidates for functional devices. Correlation function based methods in a more general sense can be very versatile. In fact, besides the above radiative processes, formulas for non-radiative processes such as internal conversion have been derived in literature. Further implementation of the available methods is among our next goals. N2 - Molekülsysteme bestehen aus Kernen und Elektronen, deren viel kleinere Masse sie in die Lage versetzten, sich der Bewegung des ersteren augenblicklich anzupassen. Daher ist die Bewegung der Elektronen und Kerne in einer guten ersten Annäherung "unabhängig", und die Energie der Elektronen kann zuerst berechnet werden, vorausgesetzt, die Kerne sind stationär. Die so gewonnene elektronische Energie wird zur Abstoßungsenergie zwischen den Kernen addiert, um ein Potential zu erhalten, das die Bewegung der Kerne bestimmt. Quantenmechanisch können sowohl die Elektronen als auch die Kerne nur bestimmte Energieniveaus haben. Die molekulare vibronische (= Schwingung + Elektronik) Absorptionsspektroskopie beinhaltet den Übergang der Elektronen und Kerne von ihrem Anfangs- in ihren Endzustand durch Photonenabsorption. Die größere elektronische Übergangsenergie bestimmt die Position des Absorptionsmaximums, während die kleinere nukleare Schwingungsübergangsenergie (ohne Berücksichtigung von Translation und Rotation) die Position der Teilmaxima innerhalb des Absorptionsbereichs bestimmt, wodurch die vibronische Feinstruktur entsteht. Ähnliche Ideen gelten auch für die vibronische Emissionsspektroskopie. Die Resonanz-Raman-Spektroskopie untersucht die Energieänderung des einfallenden Photons (dessen Energie ausreichend ist, um die Elektronen in einen höheren elektronischen Zustand anzuregen), nachdem es mit dem Molekül wechselwirkt. Der Energiegewinn oder -verlust des einfallenden Photons bewirkt eine Änderung des Schwingungszustandes. Die Photoelektronenspektroskopie ist ähnlich wie die vibronische Absorption, benötigt aber in der Regel mehr Energie des einfallenden Photons, da neben der Anregung des Moleküls in einen höheren vibronischen Zustand zusätzliche Energie benötigt wird, um ein Elektron aus dem Molekül zu entfernen. Diese spektroskopischen Techniken liefern wertvolle Informationen über die elektronische und nukleare Bewegung des Moleküls. Theoretisch können wir eine zeitabhängige Korrelationsfunktion verwenden, um die Spektren zu simulieren. Die Korrelationsfunktion für die Absorption ist beispielsweise eine Funktion der Zeit, deren Entwicklung Informationen über die elektronischen Energien und die nukleare Bewegung enthält. Um das Absorptionsspektrum in Form von Energie zu erhalten, wird ein mathematisches Verfahren, die so genannte Fourier-Transformation, auf die zeitabhängige Korrelationsfunktion angewendet, um ein energieabhängiges Spektrum zu erhalten. Diese Methode wird auf ausgewählte organische Moleküle, darunter einige Radikale und Kationen, angewandt, um deren elektronisches und optisches Verhalten unter dem Einfluss von einfallendem Licht zu untersuchen und Einblicke in das Design neuer optoelektronischer Bauelemente zu gewinnen. Bei einigen Molekülen/Systemen wird die vibronische Feinstruktur durch Faktoren wie molekulare Zusammensetzung und Umgebung wie Lösungsmittel beeinflusst, was darauf hindeutet, dass diese Systeme zur Feinabstimmung der gewünschten Eigenschaften verwendet werden können. Für andere Systeme gibt es fast keine sichtbare vibronische Feinstruktur, was bedeutet, dass sich die nukleare Bewegung solcher Systeme im Allgemeinen von derjenigen der vorherigen Kategorie unterscheidet. KW - vibrationally resolved electronic spectroscopy KW - photoelectron spectroscopy KW - resonance Raman spectroscopy KW - correlation function KW - ionization potential KW - time-dependent density functional theory KW - perylene KW - diamondoid KW - Schwingungsaufgelöste UV/VIS-Spektroskopie KW - Photoelektronenspektroskopie KW - Resonanz-Raman-Spektroskopie KW - Korrelationsfunktion KW - Ionisationspotential KW - Zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie KW - Perylen KW - Diamondoide Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-418105 ER - TY - GEN A1 - Banerjee, Shiladitya A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrationally resolved absorption, emission and resonance Raman spectra of diamondoids BT - a study based on time-dependent correlation functions N2 - The time-dependent approach to electronic spectroscopy, as popularized by Heller and coworkers in the 1980's, is applied here in conjunction with linear-response, time-dependent density functional theory to study vibronic absorption, emission and resonance Raman spectra of several diamondoids. Two-state models, the harmonic and the Condon approximations, are used for the calculations, making them easily applicable to larger molecules. The method is applied to nine pristine lower and higher diamondoids: adamantane, diamantane, triamantane, and three isomers each of tetramantane and pentamantane. We also consider a hybrid species “Dia = Dia” – a shorthand notation for a recently synthesized molecule comprising two diamantane units connected by a C[double bond, length as m-dash]C double bond. We resolve and interpret trends in optical and vibrational properties of these molecules as a function of their size, shape, and symmetry, as well as effects of “blending” with sp2-hybridized C-atoms. Time-dependent correlation functions facilitate the computations and shed light on the vibrational dynamics following electronic transitions. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 238 KW - adamantane KW - models KW - molecules KW - states KW - thermochemistry Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-94542 SP - 144 EP - 158 ER - TY - JOUR A1 - Xiong, Tao A1 - Wlodarczyk, Radoslaw A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrationally resolved absorption and fluorescence spectra of perylene and N-substituted derivatives from autocorrelation function approaches JF - Chemical physics : a journal devoted to experimental and theoretical research involving problems of both a chemical and physical nature N2 - Vibrationally resolved absorption and emission (fluorescence) spectra of perylene and its N-derivatives in gas phase and in solution (acetonitrile) were simulated using a time-dependent approach based on correlation functions determined by density functional theory. By systematically varying the number and position of N atoms, it is shown that the presence of nitrogen heteroatoms has a negligible effect on the molecular structure and geometric distortions upon electronic transitions, while spectral properties change: in particular the number of N atoms is important while their position is less decisive. Thus, the N-substitution can be used to fine-tune the optical properties of perylene-based molecules. KW - Perylene KW - Vibronic spectrum KW - Correlation function KW - Dimer KW - Excimer KW - PCM Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2018.06.011 SN - 0301-0104 SN - 1873-4421 VL - 515 SP - 728 EP - 736 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - THES A1 - Vazhappilly, Tijo Joseph T1 - Vibrationally enhanced associative photodesorption of H2 (D2) from Ru(0001) : quantum and classical approaches T1 - Vibrationsgesteigerte assoziative Photodesorptionvon H2 (D2 ) von Ru(0001) : Quantendynamische und klassiche Simulationen N2 - Nowadays, reactions on surfaces are attaining great scientific interest because of their diverse applications. Some well known examples are production of ammonia on metal surfaces for fertilizers and reduction of poisonous gases from automobiles using catalytic converters. More recently, also photoinduced reactions at surfaces, useful, \textit{e.g.}, for photocatalysis, were studied in detail. Often, very short laser pulses are used for this purpose. Some of these reactions are occurring on femtosecond (1 fs=$10^{-15}$ s) time scales since the motion of atoms (which leads to bond breaking and new bond formation) belongs to this time range. This thesis investigates the femtosecond laser induced associative photodesorption of hydrogen, H$_2$, and deuterium, D$_2$, from a ruthenium metal surface. Many interesting features of this reaction were explored by experimentalists: (i) a huge isotope effect in the desorption probability of H$_2$ and D$_2$, (ii) the desorption yield increases non-linearly with the applied visible (vis) laser fluence, and (iii) unequal energy partitioning to different degrees of freedom. These peculiarities are due to the fact that an ultrashort vis pulse creates hot electrons in the metal. These hot electrons then transfer energy to adsorbate vibrations which leads to desorption. In fact, adsorbate vibrations are strongly coupled to metal electrons, \textit{i.e.}, through non-adiabatic couplings. This means that, surfaces introduce additional channels for energy exchange which makes the control of surface reactions more difficult than the control of reactions in the gas phase. In fact, the quantum yield of surface photochemical reactions is often notoriously small. One of the goals of the present thesis is to suggest, on the basis of theoretical simulations, strategies to control/enhance the photodesorption yield of H$_2$ and D$_2$ from Ru(0001). For this purpose, we suggest a \textit{hybrid scheme} to control the reaction, where the adsorbate vibrations are initially excited by an infrared (IR) pulse, prior to the vis pulse. Both \textit{adiabatic} and \textit{non-adiabatic} representations for photoinduced desorption problems are employed here. The \textit{adiabatic} representation is realized within the classical picture using Molecular Dynamics (MD) with electronic frictions. In a quantum mechanical description, \textit{non-adiabatic} representations are employed within open-system density matrix theory. The time evolution of the desorption process is studied using a two-mode reduced dimensionality model with one vibrational coordinate and one translational coordinate of the adsorbate. The ground and excited electronic state potentials, and dipole function for the IR excitation are taken from first principles. The IR driven vibrational excitation of adsorbate modes with moderate efficiency is achieved by (modified) $\pi$-pulses or/and optimal control theory. The fluence dependence of the desorption reaction is computed by including the electronic temperature of the metal calculated from the two-temperature model. Here, our theoretical results show a good agreement with experimental and previous theoretical findings. We then employed the IR+vis strategy in both models. Here, we found that vibrational excitation indeed promotes the desorption of hydrogen and deuterium. To summarize, we conclude that photocontrol of this surface reaction can be achieved by our IR+vis scheme. N2 - Heutzutage werden Reaktionen auf Oberflächen wegen ihrer vielfältigen Anwendungen intensiv untersucht. Einige der bekannten Beispiele sind die Herstellung von Ammoniak auf Metalloberflächen für die Kunstdüngerproduktion und die Reduktion giftiger Abgase in Autokatalysatoren. In letzter Zeit wurden auch photoinduzierte Reaktionen an Oberflächen eingehender untersucht, die z.B. für die Photokatalyse verwandt werden können. Häufig werden in diesen Untersuchungen sehr kurze Laserpulse benutzt. Einige der Reaktionen finden auf einer Femtosekunden-Zeitskala \mbox{(1 fs =10$^{-15}$ s)} statt, da die Bewegungen einzelner Atome in derart kurzen Zeitspannen ablaufen (durch die der Bindungsbruch und das Knüpfen neuer Bindungen verursacht wird). Diese Arbeit untersucht die femtosekunden-laserinduzierte assoziative Photodesorption von Wasserstoff, H$_2$, und Deuterium, D$_2$, von einer Rutheniumoberfläche. Viele interessante Eigenschaften dieser Reaktion wurden in Experimenten entdeckt: (i) ein großer Isotopeneffekt in der Desorptionswahrscheinlichkeit von H$_2$ und D$_2$, (ii) die Desorptionsausbeute steigt nicht-linear mit der (vis) Laserfluenz an und (iii) eine Nicht-Gleichverteilung der Energie auf die einzelnen Freiheitsgrade. Diese Auffälligkeiten sind durch den Umstand verursacht, dass der ultrakurze vis-Laserpuls heiße Elektronen im Metall erzeugt. Die heißen Elektronen transferieren dann Energie in die Schwingungen des Adsorbats, was zur Desorption führt. Tatsächlich sind die Adsorbatschwingungen stark an die Elektronen gekoppelt, nämlich durch nicht-adiabatische Kopplungen. Dies bedeutet, dass durch Oberflächen neue Kanäle für den Energietransfer geöffnet werden, was die Kontrolle von Oberflächenreaktionen im Vergleich zu solchen in der Gasphase erschwert. In der Tat sind die Quantenausbeuten von photochemischen Oberflächenreaktionen bekannterweise klein. Eines der Ziele in der vorliegenden Arbeit ist es auf der Basis von theoretischen Simulationen Strategien vorzuschlagen, um die Photodesorptionsausbeute von H$_2$ und D$_2$ von Ru(0001) zu kontrollieren bzw. zu verbessern. Zu diesem Zweck schlagen wir ein gemischtes Kontrollschema für die Reaktion vor, bei dem zunächst die Adsorbatschwingungen vor dem vis-Puls durch einen infraroten (IR) Puls angeregt werden. Sowohl adiabatische als auch nicht-adiabatische Repräsentationen für photoinduzierte Desorptionsprozesse werden dabei benutzt. Die adiabatische Repräsentation ist in klassischen Molekulardynamik-Simulationen mit elektronischer Reibung verwirklicht. In einer quantenmechanischen Beschreibung werden nicht-adiabatische Repräsentationen innerhalb der Dichtematrixtheorie für offene Quantensysteme verwandt. Die zeitliche Entwicklung des Desorptionsprozesses wird in einem Zwei-Modenmodell reduzierter Dimensionalität mit einer Schwingungs- und einer Translationskoordinate des Adsorbats beschrieben. Die Potentiale für den elektronische Grundzustand und den angeregten Zustand sind abgeleitet aus quantenchemischen Rechnungen (\textsl{first principles}). Die IR-getriebene Schwingungsanregung der Adsorbatmoden mit moderatem Wirkungsgrad wird mit (modifizierten) $\pi$-Pulsen und/oder der Theorie der optimalen Kontrolle erreicht. Die Abhängigkeit der Desorption von der Fluenz wird mit Hilfe der elektronischen Temperatur des Metalls berechnet, welche im Rahmen des Zwei-Temperatur-Modells bestimmt wird. Dabei weisen unsere Ergebnisse eine gute Übereinstimmung mit experimentellen und früheren theoretischen Arbeiten auf. Daraufhin wandten wir die IR+vis Strategie in beiden Modellen an. Dadurch konnten wir zeigen, dass Schwingungsanregung in der Tat die Desorption von Wasserstoff und Deuterium begünstigt. Zusammenfassend stellen wir fest, dass die Photokontrolle dieser Oberflächenreaktion durch unser IR+vis Schema erreichbar ist. KW - Quantendynamische Simulationen KW - Klassiche Simulationen KW - assoziative Photodesorption KW - Schwingungsanregung KW - Photodesorption KW - quantum dynamics KW - classical dynamics KW - vibrational control KW - vibrational excitation Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-19056 ER - TY - JOUR A1 - Xiong, Tao A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrationally Broadened Optical Spectra of Selected Radicals and Cations Derived from Adamantane: A Time-Dependent Correlation Function Approach JF - The journal of physical chemistry : A, Molecules, spectroscopy, kinetics, environment & general theory N2 - Diamondoids are hydrogen-saturated molecular motifs cut out of diamond, forming a class of materials with tunable optoelectronic properties. In this work, we extend previous work on neutral, closed-shell diamondoids by computing with hybrid density functional theory and time-dependent correlation functions vibrationally broadened absorption spectra of cations and radicals derived from the simplest diamondoid, adamantane, namely, the neutral 1- and 2-adamantyl radicals (C10H15), the 1- and 2-adamantyl cations (C10H15+), and the adamantane radical cation (C10H16+). For selected cases, we also report vibrationally broadened emission, photoelectron, and resonance Raman spectra. Furthermore, the effect of the damping factor on the vibrational fine-structure is studied. The following trends are found: (1) Low-energy absorptions of the adamantyl radicals and cations, and of the adamantane cation, are all strongly red-shifted with respect to adamantane; (2) also, emission spectra are strongly red-shifted, whereas photoelectron spectra are less affected for the cases studied; (3) vibrational fine-structures are reduced compared to those of adamantane; (4) the spectroscopic signals of 1- and 2-adamantyl species are significantly different from each other; and (5) reducing the damping factor has only a limited effect on the vibrational fine-structure in most cases. This suggests that removing hydrogen atoms and/or electrons from adamantane leads to new optoelectronic properties, which should be detectable by vibronic spectroscopy. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1021/acs.jpca.9b03305 SN - 1089-5639 SN - 1520-5215 VL - 123 IS - 41 SP - 8871 EP - 8880 PB - American Chemical Society CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Melani, Giacomo A1 - Nagata, Yuki A1 - Wirth, Jonas A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrational spectroscopy of hydroxylated alpha-Al2O3(0001) surfaces with and without water BT - an ab initio molecular dynamics study JF - The journal of chemical physics : bridges a gap between journals of physics and journals of chemistr N2 - Using gradient- and dispersion-corrected density functional theory in connection with ab initio molecular dynamics and efficient, parametrized Velocity-Velocity Autocorrelation Function (VVAF) methodology, we study the vibrational spectra (Vibrational Sum Frequency, VSF, and infrared, IR) of hydroxylated alpha-Al2O3(0001) surfaces with and without additional water. Specifically, by considering a naked hydroxylated surface and the same surface with a particularly stable, "ice-like" hexagonal water later allows us to identify and disentangle main spectroscopic bands of OH bonds, their orientation and dynamics, and the role of water adsorption. In particular, we assign spectroscopic signals around 3700 cm(-1) as being dominated by perpendicularly oriented non-hydrogen bonded aluminol groups, with and without additional water. Furthermore, the thin water layer gives spectroscopic signals which are already comparable to previous theoretical and experimental findings for the solid/(bulk) liquid interface, showing that water molecules closest to the surface play a decisive role in the vibrational response of these systems. From a methodological point of view, the effects of temperature, anharmonicity, hydrogen-bonding, and structural dynamics are taken into account and analyzed, allowing us to compare the calculated IR and VSF spectra with the ones based on normal mode analysis and vibrational density of states. The VVAF approach employed in this work appears to be a computationally accurate yet feasible method to address the vibrational fingerprints and dynamical properties of water/metal oxide interfaces. Published by AIP Publishing. Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1063/1.5023347 SN - 0021-9606 SN - 1089-7690 VL - 149 IS - 1 PB - American Institute of Physics CY - Melville ER - TY - JOUR A1 - Melani, Giacomo A1 - Nagata, Yuki A1 - Campen, Richard Kramer A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrational spectra of dissociatively adsorbed D2O on Al-terminated alpha-Al2O3(0001) surfaces from ab initio molecular dynamics JF - The journal of chemical physics : bridges a gap between journals of physics and journals of chemistr N2 - Water can adsorb molecularly or dissociatively onto different sites of metal oxide surfaces. These adsorption sites can be disentangled using surface-sensitive vibrational spectroscopy. Here, we model Vibrational Sum Frequency (VSF) spectra for various forms of dissociated, deuterated water on a reconstructed, Al-terminated α-Al2O3(0001) surface at submonolayer coverages (the so-called 1-2, 1-4, and 1-4′ modes). Using an efficient scheme based on velocity-velocity autocorrelation functions, we go beyond previous normal mode analyses by including anharmonicity, mode coupling, and thermal surface motion in the framework of ab initio molecular dynamics. In this way, we calculate vibrational density of states curves, infrared, and VSF spectra. Comparing computed VSF spectra with measured ones, we find that relative frequencies of resonances are in quite good agreement and linewidths are reasonably well represented, while VSF intensities coincide not well. We argue that intensities are sensitively affected by local interactions and thermal fluctuations, even at such low coverage, while absolute peak positions strongly depend on the choice of the electronic structure method and on the appropriate inclusion of anharmonicity. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1063/1.5099895 SN - 0021-9606 SN - 1089-7690 VL - 150 IS - 24 PB - American Institute of Physics CY - Melville ER - TY - JOUR A1 - Scholz, Robert A1 - Lindner, Steven A1 - Loncaric, Ivor A1 - Tremblay, Jean Christophe A1 - Juaristi, J. A1 - Alducin, Maite A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrational response and motion of carbon monoxide on Cu(100) driven by femtosecond laser pulses: Molecular dynamics with electronic friction JF - Physical review : B, Condensed matter and materials physics N2 - Carbon monoxide on copper surfaces continues to be a fascinating, rich microlab for many questions evolving in surface science. Recently, hot-electron mediated, femtosecond-laser pulse induced dynamics of CO molecules on Cu(100) were the focus of experiments [Inoue et al., Phys. Rev. Lett. 117, 186101 (2016)] and theory [Novko et al., Phys. Rev. Lett. 122, 016806 (2019)], unraveling details of the vibrational nonequilibrium dynamics on ultrashort (subpicoseconds) timescales. In the present work, full-dimensional time-resolved hot-electron driven dynamics are studied by molecular dynamics with electronic friction (MDEF). Dissipation is included by a friction term in a Langevin equation which describes the coupling of molecular degrees of freedom to electron-hole pairs in the copper surface, calculated from gradient-corrected density functional theory (DFT) via a local density friction approximation (LDFA). Relaxation due to surface phonons is included by a generalized Langevin oscillator model. The hot-electron induced excitation is described via a time-dependent electronic temperature, the latter derived from an improved two-temperature model. Our parameter-free simulations on a precomputed potential energy surface allow for excellent statistics, and the observed trends are confirmed by on-the-fly ab initio molecular dynamics with electronic friction (AIMDEF) calculations. By computing time-resolved frequency maps for selected molecular vibrations, instantaneous frequencies, probability distributions, and correlation functions, we gain microscopic insight into hot-electron driven dynamics and we can relate the time evolution of vibrational internal CO stretch-mode frequencies to measured data, notably an observed redshift. Quantitatively, the latter is found to be larger in MDEF than in experiment and possible reasons are discussed for this observation. In our model, in addition we observe the excitation and time evolution of large-amplitude low-frequency modes, lateral CO surface diffusion, and molecular desorption. Effects of surface atom motion and of the laser fluence are also discussed. Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1103/PhysRevB.100.245431 SN - 2469-9950 SN - 2469-9969 VL - 100 IS - 24 PB - American Physical Society CY - College Park ER - TY - JOUR A1 - Melani, Giacomo A1 - Nagata, Yuki A1 - Saalfrank, Peter T1 - Vibrational energy relaxation of interfacial OH on a water-covered alpha-Al2O3(0001) surface BT - a non-equilibrium ab initio molecular dynamics study JF - Physical chemistry, chemical physics : PCCP ; a journal of European chemical societies N2 - Vibrational relaxation of adsorbates is a sensitive tool to probe energy transfer at gas/solid and liquid/solid interfaces. The most direct way to study relaxation dynamics uses time-resolved spectroscopy. Here we report on a non-equilibrium ab initio molecular dynamics (NE-AIMD) methodology to model vibrational relaxation of OH vibrations on a hydroxylated, water-covered alpha-Al2O3(0001) surface. In our NE-AIMD approach, after exciting selected O-H bonds their coupling to surface phonons and to the water adlayer is analyzed in detail, by following both the energy flow in time, as well as the time-evolution of Vibrational Density of States (VDOS) curves. The latter are obtained from Time-dependent Correlation Functions (TCFs) and serve as prototypical, generic representatives of time-resolved vibrational spectra. As most important results, (i) we find a few-picosecond lifetime of the excited modes and (ii) identify both hydrogen-bonded aluminols and water molecules in the adsorbed water layer as main dissipative channels, while the direct coupling to Al2O3 surface phonons is of minor importance on the timescales of interest. Our NE-AIMD/TCF methodology is powerful for complex adsorbate systems, in principle even reacting ones, and opens a way towards time-resolved vibrational spectroscopy. Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1039/d0cp03777j SN - 1463-9076 SN - 1463-9084 VL - 23 IS - 13 SP - 7714 EP - 7723 PB - Royal Society of Chemistry CY - Cambridge ER - TY - GEN A1 - Kleinpeter, Erich A1 - Shainyan, Bagrat A. T1 - Very low-temperature dynamic Si-29 NMR study of the conformational equilibrium of (1,1-phenyl-1,1-silacyclohex-1-yl)disiloxane T2 - Magnetic resonance in chemistry Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1002/mrc.4870 SN - 0749-1581 SN - 1097-458X VL - 57 IS - 6 SP - 317 EP - 319 PB - Wiley CY - Hoboken ER - TY - THES A1 - Buczkowski, Agnes Johanna T1 - Vergleichende Untersuchungen von Schlüsselkomponenten aus Dämpfen der E-Zigarette T1 - Comparative studies of key components from e-cigarette vapours N2 - Respiratorische Erkrankungen stellen zunehmend eine relevante globale Problematik dar. Die Erweiterung bzw. Modifizierung von Applikationswegen möglicher Arzneimittel für gezielte topische Anwendungen ist dabei von größter Bedeutung. Die Variation eines bekannten Applikationsweges durch unterschiedliche technologische Umsetzungen kann die Vielfalt der Anwendungsmöglichkeiten, aber auch die Patienten-Compliance erhöhen. Die einfache und flexible Verfahrensweise durch schnelle Verfügbarkeit und eine handliche Technologie sind heutzutage wichtige Eigenschaften im Entwicklungsprozess eines Produktes. Eine direkte topische Behandlung von Atemwegserkrankungen am Wirkort in Form einer inhalativen Applikation bietet dabei viele Vorteile gegenüber einer systemischen Therapie. Die medizinische Inhalation von Wirkstoffen über die Lunge ist jedoch eine komplexe Herausforderung. Inhalatoren gehören zu den erklärungsbedürftigen Applikationsformen, die zur Erhöhung der konsequenten Einhaltung der Verordnung so einfach, wie möglich gestaltet werden müssen. Parallel besitzen und nutzen weltweit annähernd 68 Millionen Menschen die Technologie eines inhalativen Applikators zur bewussten Schädigung ihrer Gesundheit in Form einer elektronischen Zigarette. Diese bekannte Anwendung bietet die potentielle Möglichkeit einer verfügbaren, kostengünstigen und qualitätsgeprüften Gesundheitsmaßnahme zur Kontrolle, Prävention und Heilung von Atemwegserkrankungen. Sie erzeugt ein Aerosol durch elektrothermische Erwärmung eines sogenannten Liquids, das durch Kapillarkräfte eines Trägermaterials an ein Heizelement gelangt und verdampft. Ihr Bekanntheitsgrad zeigt, dass eine beabsichtigte Wirkung in den Atemwegen eintritt. Diese Wirkung könnte jedoch auch auf potentielle pharmazeutische Einsatzgebiete übertragbar sein. Die Vorteile der pulmonalen Verabreichung sind dabei vielfältig. Im Vergleich zur peroralen Applikation gelangt der Wirkstoff gezielt zum Wirkort. Wenn eine systemische Applikation zu Arzneimittelkonzentrationen unterhalb der therapeutischen Wirksamkeit in der Lunge führt, könnte eine inhalative Darreichung bereits bei niedriger Dosierung die gewünschten höheren Konzentrationen am Wirkort hervorrufen. Aufgrund der großen Resorptionsfläche der Lunge sind eine höhere Bioverfügbarkeit und ein schnellerer Wirkungseintritt infolge des fehlenden First-Pass-Effektes möglich. Es kommt ebenfalls zu minimalen systemischen Nebenwirkungen. Die elektronische Zigarette erzeugt wie die medizinischen Inhalatoren lungengängige Partikel. Die atemzuggesteuerte Technik ermöglicht eine unkomplizierte und intuitive Anwendung. Der prinzipielle Aufbau besteht aus einer elektrisch beheizten Wendel und einem Akku. Die Heizwendel ist von einem sogenannten Liquid in einem Tank umgeben und erzeugt das Aerosol. Das Liquid beinhaltet eine Basismischung bestehend aus Propylenglycol, Glycerin und reinem Wasser in unterschiedlichen prozentualen Anteilen. Es besteht die Annahme, dass das Basisliquid auch mit pharmazeutischen Wirkstoffen für die pulmonale Applikation beladen werden kann. Aufgrund der thermischen Belastung durch die e-Zigarette müssen potentielle Wirkstoffe sowie das Vehikel eine thermische Stabilität aufweisen. Die potentielle medizinische Anwendung der Technologie einer handelsüblichen e-Zigarette wurde anhand von drei Schwerpunkten an vier Wirkstoffen untersucht. Die drei ätherischen Öle Eucalyptusöl, Minzöl und Nelkenöl wurden aufgrund ihrer leichten Flüchtigkeit und der historischen pharmazeutischen Anwendung anhand von Inhalationen bei Erkältungssymptomen bzw. im zahnmedizinischen Bereich gewählt. Das eingesetzte Cannabinoid Cannabidiol (CBD) hat einen aktuellen Bezug zu dem pharmazeutischen Markt Deutschlands zur Legalisierung von cannabishaltigen Produkten und der medizinischen Forschung zum inhalativen Konsum. Es wurden relevante wirkstoffhaltige Flüssigformulierungen entwickelt und hinsichtlich ihrer Verdampfbarkeit zu Aerosolen bewertet. In den quantitativen und qualitativen chromatographischen Untersuchungen konnten spezifische Verdampfungsprofile der Wirkstoffe erfasst und bewertet werden. Dabei stieg die verdampfte Masse der Leitsubstanzen 1,8-Cineol (Eucalyptusöl), Menthol (Minzöl) und Eugenol (Nelkenöl) zwischen 33,6 µg und 156,2 µg pro Zug proportional zur Konzentration im Liquid im Bereich zwischen 0,5% und 1,5% bei einer Leistung von 20 Watt. Die Freisetzungsrate von Cannabidiol hingegen schien unabhängig von der Konzentration im Liquid im Mittelwert bei 13,3 µg pro Zug zu liegen. Dieses konnte an fünf CBD-haltigen Liquids im Konzentrationsbereich zwischen 31 µg/g und 5120 µg/g Liquid gezeigt werden. Außerdem konnte eine Steigerung der verdampften Massen mit Zunahme der Leistung der e-Zigarette festgestellt werden. Die Interaktion der Liquids bzw. Aerosole mit den Bestandteilen des Speichels sowie weiterer gastrointestinaler Flüssigkeiten wurde über die Anwendung von zugehörigen in vitro Modellen und Einsatz von Enzymaktivitäts-Assays geprüft. In den Untersuchungen wurden Änderungen von Enzymaktivitäten anhand des oralen Schlüsselenzyms α-Amylase sowie von Proteasen ermittelt. Damit sollte exemplarisch ein möglicher Einfluss auf physiologische bzw. metabolische Prozesse im humanen Organismus geprüft werden. Das Bedampfen von biologischen Suspensionen führte bei niedriger Leistung der e-Zigarette (20 Watt) zu keiner bzw. einer leichten Änderung der Enzymaktivität. Die Anwendung einer hohen Leistung (80 Watt) bewirkte tendenziell das Herabsetzen der Enzymaktivitäten. Die Erhöhung der Enzymaktivitäten könnte zu einem enzymatischen Abbau von Schleimstoffen wie Mucinen führen, was wiederum die effektive, mechanische Abwehr gegenüber bakteriellen Infektionen zur Folge hätte. Da eine Anwendung der Applikation insbesondere bei bakteriellen Atemwegserkrankungen denkbar wäre, folgten abschließend Untersuchungen der antibakteriellen Eigenschaften der Liquids bzw. Aerosole in vitro. Es wurden sechs klinisch relevante bakterielle Krankheitserreger ausgewählt, die nach zwei Charakteristika gruppiert werden können. Die drei multiresistenten Bakterien Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae und Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus können mithilfe von üblichen Therapien mit Antibiotika nicht abgetötet werden und haben vor allem eine nosokomiale Relevanz. Die zweite Gruppe weist Eigenschaften auf, die vordergründig assoziiert sind mit respiratorischen Erkrankungen. Die Bakterien Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis und Haemophilus influenzae sind repräsentativ beteiligt an Atemwegserkrankungen mit diverser Symptomatik. Die Bakterienarten wurden mit den jeweiligen Liquids behandelt bzw. bedampft und deren grundlegende Dosis-Wirkungsbeziehung charakterisiert. Dabei konnte eine antibakterielle Aktivität der Formulierungen ermittelt werden, die durch Zugabe eines Wirkstoffes die bereits antibakterielle Wirkung der Bestandteile Glycerin und Propylenglycol verstärkte. Die hygroskopischen Eigenschaften dieser Substanzen sind vermutlich für eine Wirkung in aerosolierter Form verantwortlich. Sie entziehen die Feuchtigkeit aus der Luft und haben einen austrocknenden Effekt auf die Bakterien. Das Bedampfen der Bakterienarten Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis und Haemophilus influenzae hatte einen antibakteriellen Effekt, der zeitlich abhängig von der Leistung der e-Zigarette war. Die Ergebnisse der Untersuchungen führen zu dem Schluss, dass jeder Wirkstoff bzw. jede Substanzklasse individuell zu bewerten ist und somit Inhalator und Formulierung aufeinander abgestimmt werden müssen. Der Einsatz der e-Zigarette als Medizinprodukt zur Applikation von Arzneimitteln setzt stets Prüfungen nach Europäischem Arzneibuch voraus. Durch Modifizierungen könnte eine Dosierung gut kontrollierbar gemacht werden, aber auch die Partikelgrößenverteilung kann insoweit reguliert werden, dass die Wirkstoffe je nach Partikelgröße zu einem geeigneten Applikationsort wie Mund, Rachen oder Bronchien transportiert werden. Der Vergleich mit den Eigenschaften anderer medizinischer Inhalatoren führt zu dem Schluss, dass die Technologie der e-Zigarette durchaus eine gleichartige oder bessere Performance für thermisch stabile Wirkstoffe bieten könnte. Dieses fiktive Medizinprodukt könnte aus einer hersteller-unspezifisch produzierten, wieder aufladbaren Energiequelle mit Universalgewinde zum mehrfachen Gebrauch und einer hersteller- und wirkstoffspezifisch produzierten Einheit aus Verdampfer und Arzneimittel bestehen. Das Arzneimittel, ein medizinisches Liquid (Vehikel und Wirkstoff) kann in dem Tank des Verdampfers mit konstanten, nicht variablen Parametern patientenindividuell produziert werden. Inhalative Anwendungen werden perspektivisch wohl nicht zuletzt aufgrund der aktuellen COVID-19-Pandemie eine zunehmende Rolle spielen. Der Bedarf nach alternativen Therapieoptionen wird weiter ansteigen. Diese Arbeit liefert einen Beitrag zum Einsatz der Technologie der elektronischen Zigarette als electronic nicotin delivery system (ENDS) nach Modifizierung zu einem potentiellen pulmonalen Applikationssystem als electronic drug delivery system (EDDS) von inhalativen, thermisch stabilen Arzneimitteln in Form eines Medizinproduktes. N2 - Respiratory diseases increasingly represent a globally relevant problem. The extension or modification of application routes of possible drugs for targeted topical applications is thereby of utmost importance. The variation of a known application route through different technological implementations can increase the diversity of application possibilities, but also patient compliance. Simple and flexible procedures through rapid availability and a convenient technology are nowadays important characteristics in the development process of a product. Direct topical treatment of respiratory diseases at the site of action in form of inhaled application offers many advantages over systemic therapy. However, medical inhalation of active substances via lung is a complex challenge. Inhalers are one of the forms of application that require explanation and must be made as simple as possible to increase consistent adherence to the prescription. In parallel, approximately 68 million people worldwide own and use the technology of an inhaler to deliberately harm their health in form of an electronic cigarette. This well-known application offers the potential possibility of an available, cost-effective and quality-assured health measure to control, prevent and cure respiratory diseases. It produces an aerosol by electro-thermal heating of a so-called liquid, which reaches a heating element through capillary forces of a carrier material and vaporizes. Its popularity indicates that an intended effect occurs in the respiratory tract. However, this effect could also be transferable to potential pharmaceutical applications. The advantages of pulmonary administration are manifold. Compared to peroral application, the active ingredient reaches the site of action in a targeted manner. If systemic application results to drug concentrations below the therapeutic efficacy in the lung, inhalation could produce the desired higher concentrations at the site of action even at low doses. Due to the large absorption surface of the lungs, a higher bioavailability and a faster onset of action is possible as a result of the lack of first-pass effect. There are also minimal systemic side effects. Like medical inhalers, the electronic cigarette produces respirable particles. The breath-controlled technology enables uncomplicated and intuitive use. The basic construction consists of an electrically heated coil and a rechargeable battery. The heating coil is surrounded by a so-called liquid in a tank and generates the aerosol. The liquid contains a base mixture consisting of propylene glycol, glycerine and pure water in varying percentages. It is assumed that the base liquid can also be loaded with active pharmaceutical ingredients for pulmonary application. Due to thermal load of the e-cigarette, potential active ingredients as well as vehicles must exhibit thermal stability. The potential medical application of the technology of a commercially available e-cigarette was investigated on the basis of three focal investigations for four active ingredients. The three essential oils eucalyptus oil, mint oil and clove oil were chosen due to their light volatility and the historical pharmaceutical application based on inhalations for cold symptoms or in the dental field, respectively. The choice of the cannabinoid cannabidiol (CBD) used is currently related to the pharmaceutical market situation in Germany while considering the legalization of cannabis-containing products and medical research on inhaled consumption. Relevant liquid formulations containing active ingredients were developed and evaluated with regard to their evaporability to aerosols. In quantitative and qualitative chromatographic investigations, specific vaporization profiles of the active substances were recorded and evaluated. The evaporated mass of analytical markers 1,8-cineole (eucalyptus oil), menthol (mint oil) and eugenol (clove oil) increased between 33.6 µg and 156.2 µg per puff proportional to the concentration in liquids in the range between 0.5% and 1.5% at a power application of 20 watts. The release rate of cannabidiol, on the other hand, appeared to average 13.3 µg per puff regardless of the concentration in the liquid. This was demonstrated on five CBD-containing liquids in the concentration range between 31 µg/g and 5120 µg/g liquid. In addition, an increased vaporized mass with increased power of e-cigarette could be observed. The interaction of the liquids or aerosols with the components of saliva and other gastrointestinal fluids was tested by application of associated in vitro models and the use of enzyme activity assays. In the studies, changes in enzyme activities were determined using the key oral enzyme α-amylase as well as proteases. The aim was to test a possible influence on physiological or metabolic processes in the human organism as an example. Treatment of biological suspensions with aerosol resulted in no or a slight change in enzyme activity at low power of e-cigarette (20 watts). The application of high power (80 watts) tended to decrease enzyme activities. The increase in enzyme activities could lead to enzymatic degradation of mucins, which in turn could reduce effective mechanical defense against bacterial infections. Since an application would be conceivable in particular for bacterial respiratory diseases, concluding investigations of the antibacterial properties of the liquids or aerosols in vitro followed. Six clinically relevant bacterial pathogens were selected, which can be grouped according to two characteristics. The three multi-resistant bacteria Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumoniae and methicillin-resistant Staphylococcus aureus cannot be killed by standard antibiotic therapies and are primarily of nosocomial relevance. The second group exhibits characteristics that are mainly associated with respiratory diseases. The bacteria Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis and Haemophilus influenzae are representatively involved in respiratory diseases with diverse symptoms. These bacterial species were treated with the respective liquids or aerosols and their basic dose-response relationship was characterized. Antibacterial activity of formulations could be determined, which enhanced the already antimicrobial effect of the vehicle components glycerine and propylene glycol by addition of active pharmaceutical ingredients. The hygroscopic properties of these substances are probably responsible for an effect in aerosolized form. They remove moisture from air and have a desiccating effect on bacteria. The treatment of bacterial species Streptococcus pneumoniae, Moraxella catarrhalis and Haemophilus influenzae with aerosol had an antibacterial effect that was time-dependent on the applied power of e-cigarette. The results of investigations lead to the conclusion that each active pharmaceutical ingredient or substance class must be evaluated individually and thus inhaler and formulation must be matched to each other. The use of e-cigarette as a medical device for the application of medicinal products would definitely requires tests according to the European Pharmacopoeia. Modifications could make a dosage well controllable, but also the particle size distribution can be regulated to the extent that the active ingredients are transported to a suitable application site such as mouth, throat or bronchi depending on the particle size. The comparison with properties of other medical inhalers leads to the conclusion that the technology of e-cigarette could well offer similar or better performance for thermally stable active ingredients. This fictitious medical device could consist of a manufacturer-unspecifically produced, rechargeable energy source with a universal thread for multiple use and a manufacturer- and active substance-specifically produced unit consisting of vaporizer and personalized drug content. The drug, a medical liquid (vehicle and active ingredient) can be produced in the tank of the vaporizer with constant, non-variable parameters specific to the patient. Inhaled applications will probably play an increasing role in the future, not least because of the current COVID-19 pandemic. The need for alternative therapeutic options will continue to increase. This work provides a contribution to the use of electronic nicotine delivery system (ENDS) after modification to a potential pulmonary application system as an electronic drug delivery system (EDDS) of inhaled, thermally stable drugs in form of a medical device. KW - e-Zigarette KW - Medizinprodukt KW - inhalative Applikation KW - ätherische Öle KW - Cannabidiol (CBD) KW - Atemwegserkrankungen KW - antibakterielles Aerosol KW - e-cigarette KW - electronic nicotin delivery system (ENDS) KW - electronic drug delivery system (EDDS) KW - essential oils KW - cannabidiol (CBD) KW - respiratory diseases KW - antibacterial aerosol Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-565617 ER - TY - JOUR A1 - Drago, Claudia A1 - Weithoff, Guntram T1 - Variable Fitness Response of Two Rotifer Species Exposed to Microplastics Particles BT - The Role of Food Quantity and Quality JF - Toxics N2 - Plastic pollution is an increasing environmental problem, but a comprehensive understanding of its effect in the environment is still missing. The wide variety of size, shape, and polymer composition of plastics impedes an adequate risk assessment. We investigated the effect of differently sized polystyrene beads (1-, 3-, 6-µm; PS) and polyamide fragments (5–25 µm, PA) and non-plastics items such as silica beads (3-µm, SiO2) on the population growth, reproduction (egg ratio), and survival of two common aquatic micro invertebrates: the rotifer species Brachionus calyciflorus and Brachionus fernandoi. The MPs were combined with food quantity, limiting and saturating food concentration, and with food of different quality. We found variable fitness responses with a significant effect of 3-µm PS on the population growth rate in both rotifer species with respect to food quantity. An interaction between the food quality and the MPs treatments was found in the reproduction of B. calyciflorus. PA and SiO2 beads had no effect on fitness response. This study provides further evidence of the indirect effect of MPs in planktonic rotifers and the importance of testing different environmental conditions that could influence the effect of MPs. KW - microplastics KW - population growth rate KW - polystyrene KW - polyamide KW - silica beads KW - fitness response KW - rotifers KW - Brachionus fernandoi KW - Brachionus calyciflorus KW - egg ratio Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.3390/toxics9110305 SN - 2305-6304 VL - 9 IS - 11 PB - MDPI CY - Basel ER - TY - JOUR A1 - Zude-Sasse, Manuela A1 - Hashim, Norhashila A1 - Hass, Roland A1 - Polley, Nabarun A1 - Regen, Christian T1 - Validation study for measuring absorption and reduced scattering coefficients by means of laser-induced backscattering imaging JF - Postharvest Biology and Technology N2 - Decoupling of optical properties appears challenging, but vital to get better insight of the relationship between light and fruit attributes. In this study, nine solid phantoms capturing the ranges of absorption (μa) and reduced scattering (μs’) coefficients in fruit were analysed non-destructively using laser-induced backscattering imaging (LLBI) at 1060 nm. Data analysis of LLBI was carried out on the diffuse reflectance, attenuation profile obtained by means of Farrell’s diffusion theory either calculating μa [cm−1] and μs’ [cm−1] in one fitting step or fitting only one optical variable and providing the other one from a destructive analysis. The nondestructive approach was approved when calculating one unknown coefficient non-destructively, while no ability of the method was found to analysis both, μa and μs’, non-destructively. Setting μs’ according to destructive photon density wave (PDW) spectroscopy and fitting μa resulted in root mean square error (rmse) of 18.7% in comparison to fitting μs’ resulting in rmse of 2.6%, pointing to decreased measuring uncertainty, when the highly variable μa was known. The approach was tested on European pear, utilizing destructive PDW spectroscopy for setting one variable, while LLBI was applied for calculating the remaining coefficient. Results indicated that the optical properties of pear obtained from PDW spectroscopy as well as LLBI changed concurrently in correspondence to water content mainly. A destructive batch-wise analysis of μs’ and online analysis of μa may be considered in future developments for improved fruit sorting results, when considering fruit with high variability of μs’. KW - Absorption KW - European pear KW - Fruit quality KW - Phantoms KW - Reduced scattering coefficient KW - Scattering KW - Spatially resolved spectroscopy Y1 - 2019 U6 - https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2019.04.002 SN - 0925-5214 SN - 1873-2356 VL - 153 SP - 161 EP - 168 PB - Elsevier CY - Amsterdam ER - TY - GEN A1 - Michaud Schjeide, Brit-Maren A1 - Schenke, Maren A1 - Seeger, Bettina A1 - Püschel, Gerhard Paul T1 - Validation of a Novel Double Control Quantitative Copy Number PCR Method to Quantify Off-Target Transgene Integration after CRISPR-Induced DNA Modification T2 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - In order to improve a recently established cell-based assay to assess the potency of botulinum neurotoxin, neuroblastoma-derived SiMa cells and induced pluripotent stem-cells (iPSC) were modified to incorporate the coding sequence of a reporter luciferase into a genetic safe harbor utilizing CRISPR/Cas9. A novel method, the double-control quantitative copy number PCR (dc-qcnPCR), was developed to detect off-target integrations of donor DNA. The donor DNA insertion success rate and targeted insertion success rate were analyzed in clones of each cell type. The dc-qcnPCR reliably quantified the copy number in both cell lines. The probability of incorrect donor DNA integration was significantly increased in SiMa cells in comparison to the iPSCs. This can possibly be explained by the lower bundled relative gene expression of a number of double-strand repair genes (BRCA1, DNA2, EXO1, MCPH1, MRE11, and RAD51) in SiMa clones than in iPSC clones. The dc-qcnPCR offers an efficient and cost-effective method to detect off-target CRISPR/Cas9-induced donor DNA integrations. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1269 KW - CRISPR editing validation KW - copy number analyses KW - homology-directed repair KW - homologous recombination deficiency Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-561755 SN - 1866-8372 SP - 1 EP - 14 PB - Universitätsverlag Potsdam CY - Potsdam ER -