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Metal ion induced self-assembly of the rigid ligand 1,4-bis(2,2':6',2 ''-terpyridine- 4'-yl) benzene (1) with Fe(II), Co(II), Ni(II) and Zn(II) acetate in aqueous solution results in extended, rigid- rod like metallosupramolecular coordination polyelectrolytes (MEPE-1). Under the current experimental conditions the molar masses range from 1000 g mol(-1) up to 500 000 g mol(-1). The molar mass depends on concentration, stoichiometry, metal-ion and time. In addition, we present viscosity measurements, small angle neutron scattering and AFM data. We introduce a protocol to precisely control the stoichiometry during self-assembly using conductometry. The protocol can be used with different terpyridine ligands and the above-mentioned metal ions and is of paramount importance to obtain meaningful and reproducible results. As a control experiment we studied the mononuclear 4'- (phenyl)2,2':6',2 ''-terpyridine (3) complex with Ni(II) and Zn(II) and the flexible ligand 1,3- bis[4'-oxa(2,2': 6',2 ''-terpyridinyl)] propane (2) with Ni(II) acetate (Ni-MEPE-2). This ligand does not form extended macroassemblies but likely ring-like structures with 3 to 4 repeat units. Through spin- coating of Ni-MEPE-1 on a solid surface we can image the MEPEs in real space by AFM. SANS measurements of Fe-MEPE-1 verify the extended rigid-rod type structure of the MEPEs in aqueous solution.
Metal-ion-induced self-assembly in aqueous solution of the rigid ligand 1,4-bis(2,2':6',2 ''-terpyridine-4'-yl)benzene (1) with Fe(OAc)(2) and Ni(OAc)(2) is investigated with viscosimetry, SANS, and AFM. Ligand 1 forms extended, rigid-rod like metallo-supramolecular coordination polyeectrolytes (MEPEs) with a molar mass of up to 200 000 g mol(-1) under the Current experimental conditions. The molar mass depends oil concentration, stoichiometry, and time. By spin-coating MEPEs oil a solid surface, we call image the MEPEs in real space by AFM. Both AFM and SANS confirm the extended rigid-rod-type structure of the MEPEs. As a control experiment, we also studied the flexible ligand 1,3-bis[4'-oxa(2,2':6',2 ''-terpyridinyl)]propane (2). Ligand 2 does not form extended macro-assemblies but likely ringlike structures with three 10 four repeat units. Finally, we present it protocol to control the stoichiometry during self-assembly using conductometry, which is of paramount importance to obtain meaningful and reproducible results.
The reaction of styrene with trifluoromethanesulfonyl nitrene generated from trifluoromethanesulfonamide in the system (t-BuOCl+NaI) results in the formation of trifluoro-N-[2-phenyl-2-(trifluoromethylsulfonyl) aminoethyl]methanesulfonamide, 1-pheny1-2-iodo-ethanol, and 2,5-diphenyl-1,4-bis(trifluoromethyl sulfonyl)piperazine rather than the expected product of aziridination, 2-phenyl-1-(trifluoromethylsulfonyl) aziridine. The mechanism of the reaction is discussed.
Propagation and chain-length averaged termination rate coefficients, k(p) and <k(t)>, for radical polymerizations of methacrylates carrying poly(ethylene glycol) (PEG) units are reported. kp derived from pulsed laser initiated polymerizations in bulk, in organic solvents, and in ionic liquids follows the methacrylate-type family behavior. Contrary, diffusion controlled k(t) values obtained from chemically initiated polymerizations with in-line FT- NIR monitoring of monomer conversion are strongly affected by the PEG units in the ester group. Compared to alkyl methacrylates <k(t)> is unexpectedly high. Moreover, <k(t)> of poly(ethylene glycol) ethyl ether methacrylate shows a significant reduction in k(t) already at 15% conversion, whereas dodecyl methacrylate <k(t)> is constant up to at least 70% conversion.
Mit Seitenkettenpolystyrenen wurde ein neues Synthesekonzept für phosphoreszente polymere LED-Materialien aufgestellt und experimentell verifiziert. Zunächst erfolgten auf Grundlage strukturell einfacher Verbindungen Untersuchungen zum Einfluss von Spacern zwischen aktiven Seitengruppen und dem Polystyrenrückgrat. Es wurden Synthesemethoden für die Monomere etabliert, durch die aktive Elemente - Elektronen- und Lochleiter - mit und ohne diesen Spacer zugänglich sind. Durch Kombination dieser Monomere waren unter Hinzunahme von polymerisierbaren Iridium-Komplexen in unterschiedlicher Emissionswellenlänge statistische Terpolymere darstellbar. Es wurde gezeigt, dass die Realisierung bestimmter Verhältnisse zwischen Loch-, Elektronenleiter und Triplettemitter in ausreichender Molmasse möglich ist. Die Glasstufen der Polymere zeigten eine deutliche Strukturabhängigkeit. Auf die Lage der Grenzorbitale übten die Spacer nahezu keinen Einfluss aus. Die unterschiedlichen Makromoleküle kamen in polymeren Licht emittierenden Dioden (PLEDs) zum Einsatz, wobei ein deutlicher Einfluss der Spacereinheiten auf die Leistungscharakteristik der PLEDs festzustellen war: Sowohl Effizienz, Leuchtdichte wie auch Stromdichte waren durch den Einsatz der kompakten Makromoleküle ohne Spacer deutlich höher. Diese Beobachtungen begründeten sich hauptsächlich in der Verwendung der aliphatischen Spacer, die den Anteil im Polymer erhöhten, der keine Konjugation und damit elektrisch isolierende Eigenschaften besaß. Diese Schlussfolgerungen waren mit allen drei realisierten Emissionsfarben grün, rot und blau verifizierbar. Die besten Messergebnisse erzielte eine PLED aus einem grün emittierenden und spacerlosen Terpolymer mit einer Stromeffizienz von etwa 28 cd A-1 (bei 6 V) und einer Leuchtdichte von 3200 cd m-2 (bei 8 V). Ausgehend von obigen Ergebnissen konnten neue Matrixmaterialien aus dem Bereich verdampfbarer Moleküle geringer Molmasse in das Polystyrenseitenkettenkonzept integriert werden. Es wurden Strukturvariationen sowohl von loch- wie auch von elektronenleitenden Verbindungen als Homopolymere dargestellt und als molekular dotierte Systeme in PLEDs untersucht. Sieben verschiedene lochleitende Polymere mit Triarylamin-Grundkörper und drei elektronendefizitäre Polymere auf der Basis von Phenylbenzimidazol konnten erfolgreich in den Polymeransatz integriert werden. Spektroskopische und elektrochemische Untersuchungen zeigten kaum eine Veränderung der Charakteristika zwischen verdampfbaren Molekülen und den dargestellten Makromolekülen. Diese ladungstransportierenden Makro-moleküle wurden als polymere Matrizes molekular dotiert und lösungsbasiert zu Einschicht-PLEDs verarbeitet. Als aussichtsreichstes Lochleiterpolymer dieser Reihe, mit einer Strom-effizenz von etwa 33 cd A-1 (bei 8 V) und einer Leuchtdichte von 6700 cd m-2 (bei 10 V), stellte sich ein Triarylaminderivat mit Carbazolsubstituenten heraus. Als geeignetstes Matrixmaterial für die Elektronenleitung wurde ein meta-verknüpftes Di-Phenylbenzimidazol ausfindig gemacht, das in der PLED eine Stromeffizienz von etwa 20 cd A-1 (bei 8 V) und eine Leuchtdichte von 7100 cd m-2 (bei 10 V) erzielte. Anschließend wurden die geeignetsten Monomere zu Copolymeren kombiniert: Die lochleitende Einheit bildete ein carbazolylsubstituiertes Triarylamin und die elektronen-leitende Einheit war ein disubstituiertes Phenylbenzimidazol. Dieses Copolymer diente im Folgenden dazu, PLEDs zu realisieren und die Leistungsdaten mit denen eines Homopolymer-blends zu vergleichen, wobei der Blend die bessere Leistungscharakteristik zeigte. Mit dem Homopolymerblend waren Bauteileffizienzen von annähernd 30 cd A-1 (bei 10 V) und Leuchtdichten von 6800 cd m-2 neben einer Verringerung der Einsatzspannung realisierbar. Für die abschließende Darstellung bipolarer Blockcopolymere wurde auf die Nitroxid-vermittelte Polymerisation zurückgegriffen. Mit dieser Technik waren kontrollierte radikalische Polymersiationen mit ausgewählten Monomeren in unterschiedlichen Block-längen durchführbar. Diese Blockcopolymere kamen als molekular dotierte Matrizes in phosphoreszenten grün emittierenden PLEDs zum Einsatz. Die Bauteile wurden sowohl mit statistischen Copolymeren, wie auch mit Homopolymerblends in gleicher Zusammensetzung aber unterschiedlichem Polymerisationsgrad hinsichtlich der Leistungscharakteristik verglichen. Kernaussage dieser Untersuchungen ist, dass hochmolekulare Systeme eine bessere Leistungscharakteristik aufweisen als niedermolekulare Matrizes. Über Rasterkraft-mikroskopie konnte eine Phasenseparation in einem Größenbereich von etwa 10 nm für den hochmolekularen Homopolymerblend nachgewiesen werden. Für die Blockcopolymere war es nicht möglich eine Phasenseparation zu beobachten, was vorwiegend auf deren zu geringe Blocklänge zurückgeführt wurde.
Gesunde sowie qualitativ hochwertige Nahrungsmittel sind wichtige Voraussetzungen, um einerseits die Lebensmittelsicherheit entlang der Wertschöpfungskette (Wachstum, Verarbeitung, Lagerung und Transport) und andererseits einen vorbeugenden Verbraucherschutz zu gewährleisten. Die Belastung der Nahrung mit Rückständen jeglicher Art war in letzter Zeit häufig Mittelpunkt heftiger öffentlicher Diskussionen. Zahlreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass unter bestimmten Bedingungen durch Pilze gebildete Giftstoffe, so genannte Mykotoxine, die Ernteprodukte belasten und es bei deren Verzehr durch Menschen oder Tiere zu Vergiftungen kommen kann. Die FAO schätzt, dass etwa 25% der Weltproduktion von Nahrungsmitteln mit Mykotoxinen kontaminiert und in 20% der Getreideernte der Europäischen Union messbare Konzentrationen an Mykotoxinen detektierbar sind. Damit die Lebensmittelsicherheit weiterhin gewährleistet bleibt, werden neben den Routinemethoden schnellere und zerstörungsfreie Methoden benötigt, um die Lebensmittel direkt vor Ort auf Schimmelpilze und deren Mykotoxine zu untersuchen. In dieser Arbeit wird das Potenzial von ausgewählten optisch-basierten spektroskopischen Methoden für die in-situ bzw. in-line Detektion von Schimmelpilzen sowie Mykotoxinen in Getreide(produkten) untersucht. Es werden Absorptions- und Reflexionsmethoden einerseits und Fluoreszenztechniken andererseits eingesetzt. Die spektroskopischen Methoden werden dabei auf Proben unterschiedlicher Komplexität angewandt - beginnend mit der Untersuchung der photophysikalischen Eigenschaften der reinen Mykotoxine in Lösung über künstlich mit verschiedenen Mykotoxinen kontaminierten Getreideproben bis hin zu mit Pilzen befallenem Getreide und hochveredelte Lebensmittel (Wein und Bier) als Proben höchster Komplexität.
With the rise of nanotechnology in the last decade, nanofluidics has been established as a research field and gained increased interest in science and industry. Natural aqueous nanofluidic systems are very complex, there is often a predominance of liquid interfaces or the fluid contains charged or differently shaped colloids. The effects, promoted by these additives, are far from being completely understood and interesting questions arise with regards to the confinement of such complex fluidic systems. A systematic study of nanofluidic processes requires designing suitable experimental model nano – channels with required characteristics. The present work employed thin liquid films (TLFs) as experimental models. They have proven to be useful experimental tools because of their simple geometry, reproducible preparation, and controllable liquid interfaces. The thickness of the channels can be adjusted easily by the concentration of electrolyte in the film forming solution. This way, channel dimensions from 5 – 100 nm are possible, a high flexibility for an experimental system. TLFs have liquid IFs of different charge and properties and they offer the possibility to confine differently shaped ions and molecules to very small spaces, or to subject them to controlled forces. This makes the foam films a unique “device” available to obtain information about fluidic systems in nanometer dimensions. The main goal of this thesis was to study nanofluidic processes using TLFs as models, or tools, and to subtract information about natural systems plus deepen the understanding on physical chemical conditions. The presented work showed that foam films can be used as experimental models to understand the behavior of liquids in nano – sized confinement. In the first part of the thesis, we studied the process of thinning of thin liquid films stabilized with the non – ionic surfactant n – dodecyl – β – maltoside (β – C₁₂G₂) with primary interest in interfacial diffusion processes during the thinning process dependent on surfactant concentration 64. The surfactant concentration in the film forming solutions was varied at constant electrolyte (NaCl) concentration. The velocity of thinning was analyzed combining previously developed theoretical approaches. Qualitative information about the mobility of the surfactant molecules at the film surfaces was obtained. We found that above a certain limiting surfactant concentration the film surfaces were completely immobile and they behaved as non – deformable, which decelerated the thinning process. This follows the predictions for Reynolds flow of liquid between two non – deformable disks. In the second part of the thesis, we designed a TLF nanofluidic system containing rod – like multivalent ions and compared this system to films containing monovalent ions. We presented first results which recognized for the first time the existence of an additional attractive force in the foam films based on the electrostatic interaction between rod – like ions and oppositely charged surfaces. We may speculate that this is an ion bridging component of the disjoining pressure. The results show that for films prepared in presence of spermidine the transformation of the thicker CF to the thinnest NBF is more probable as films prepared with NaCl at similar conditions of electrostatic interaction. This effect is not a result of specific adsorption of any of the ions at the fluid surfaces and it does not lead to any changes in the equilibrium properties of the CF and NBF. Our hypothesis was proven using the trivalent ion Y3+ which does not show ion bridging. The experimental results are compared to theoretical predictions and a quantitative agreement on the system’s energy gain for the change from CF to NBF could be obtained. In the third part of the work, the behavior of nanoparticles in confinement was investigated with respect to their impact on the fluid flow velocity. The particles altered the flow velocity by an unexpected high amount, so that the resulting changes in the dynamic viscosity could not be explained by a realistic change of the fluid viscosity. Only aggregation, flocculation and plug formation can explain the experimental results. The particle systems in the presented thesis had a great impact on the film interfaces due to the stabilizer molecules present in the bulk solution. Finally, the location of the particles with respect to their lateral and vertical arrangement in the film was studied with advanced reflectivity and scattering methods. Neutron Reflectometry studies were performed to investigate the location of nanoparticles in the TLF perpendicular to the IF. For the first time, we study TLFs using grazing incidence small angle X – ray scattering (GISAXS), which is a technique sensitive to the lateral arrangement of particles in confined volumes. This work provides preliminary data on a lateral ordering of particles in the film.
Die Inline-Bestimmung von Teilchengroeßen in Emulsionen und Suspensionen stellt besondere Anforderungen an die Messtechnik, da auch bei sehr hohen Teilchenkonzentrationen im Prozess verduennungsfreie Analytik betrieben werden soll. Neben einer Klaerung der Begriffe atline, online und in-line gibt der Beitrag eine Einfuehrung in die mathematische Beschreibung von Groeßenverteilungen. Als Inline-Techniken werden Photonendichtewellen-Spektroskopie, Focused Beam Reflectance Measurement und Ultraschallextinktion-Spektroskopie diskutiert und ihre sehr unterschiedlichen physikalischen Messprinzipien erlaeutert. Auch wird kurz erklaert, wie Teilchengroeßen aus den Messresultaten erhalten werden. Die wesentlichen Charakteristika dieser drei Methoden werden abschließend im ueberblick dargestellt.
Linear amphiphilic diblock and ternary triblock copolymers were synthesized by the RAFT method in three Successive Steps, using oligo(ethylene oxide) monomethyl ether acrylate, butyl or 2-ethylhexyl acrylate, and 1H, 1H, 2H, 2H-perfluorodecyl acrylate. The diblock and the triblock copolymers, which consist of a hydrophilic, a lipophilic, and a fluorophilic block, self-assemble in water into spherical micellar aggregates. Imaging by cryogenic transmission electron microscopy (cryo-TEM) revealed that the cores of the micellar aggregates made from these "triphilic" copolymers undergo local phase separation to form various ultrastructures, which depend sensitivity on the given block sequence. While the sequence hydrophilic-lipophilic-fluorophilic resulted in multicompartment cores with core-shell-corona morphology, the sequence lipophilic-hydrophilic-fluorophilic provided new "patched double micelle" and larger "soccer ball" structures.
Two different types of mesoporous silicon-phosphate supports using different surfactants (a mixture of (CH3)(3)C13H27NBr with an organophosphorus coupling molecule (HO-PO(i-C3H7)(2)) and with a co-surfactant ((C2H5)(3)(C6H5)PCl), respectively) were synthesized. Trivalent europium (Eu) ions were immobilized via ion-exchange on these supports. The resulting materials were characterized using nitrogen adsorption isotherms at -196 degrees C, thermogravimetric analysis, SEM, TEM, FT-IR, PXRD, CP/MAS. (HSi)-H-1-Si-29 and P-31 NMR, DR-UV-vis as well as steady- state and time-resolved photoluminescence spectroscopy. The results evidenced that the co-polymerization of silicon and phosphorous yielded a unique morphology in these materials. Following calcination at 450 and 900 degrees C europium- exchanged silicon-phosphates with great surface area (BET=600-705 m(2) g(-1)) and 3.4 nm sized mesopores were obtained. The differences among the optical properties of the non-calcined europium materials such as the emission lifetimes, local environment at the europium sites or the relative contribution of the upper excited levels to the total photoluminescence were assigned to the surfactants used in the synthesis. Calcination of the silicon-phosphates at higher temperatures than 450 degrees C did not induce major changes in the structural properties: in contrast, photoluminescence properties of europium were markedly improved in terms of intensity and average lifetime.