Thin nanostructured crystalline TiO 2 films and their applications in solar cells

Research on thin nanostructured crystalline TiO2 films has attracted considerable interests because of their intriguing physical properties and potential applications in photovoltaics. Nanostructured TiO2 film plays an important role in the TiO2 based dye-sensitized solar cells because they act as a substrate for the adsorption of dye molecules and a matrix for the transportation of electrons as well. Thus they can influence the solar cell performance significantly. Consequently, the control of the morphology including the shape, size and size distribution of the TiO2 nanostructures is critical to tune and optimize the performance of the solar cells. To control the TiO2 morphology, a strategy using amphiphilic block copolymer as templating agent coupled with sol-gel chemistry has been applied. Especially, a good-poor solvent pair induced phase separation process has been developed to guide the microphase separation behavior of the block copolymers. The amphiphilic block copolymers used include polystyrene-block-poly (ethylene oxide) (PS-b-PEO), poly (methyl methacrylate)-block-poly (ethylene oxide) (PMMA-b-PEO), and poly (ethylene oxide)-block-polystyrene-block-poly (ethylene oxide) (PEO-b-PS-b-PEO). The block copolymer undergoes a good-poor-solvent pair induced phase separation in a mixed solution of 1, 4-dioxane or N, N’-dimethyl formamide (DMF), concentrated hydrochloric acid (HCl) and Titanium tetraisopropoxide (TTIP). Specifically, in the system of PS-b-PEO, a morphology phase diagram of the inorganic-copolymer composite films was mapped by adjusting the weight fractions among 1, 4-dioxane, HCl, and TTIP in solution. The amorphous TiO2 within the titania-block copolymer composite films was crystallized by calcination at temperatures above 400C, where the organic block copolymer was simultaneously burned away. This strategy is further extended to other amphiphilic block copolymers of PMMA-b-PEO and PEO-b-PS-b-PEO, where the morphology of TiO2 films can also be controlled. The local and long range structures of the titania films were investigated by the combination of imaging techniques (AFM, SEM) and x-ray scattering techniques (x-ray reflectivity and grazing incidence small-angle x-ray scattering). Based on the knowledge of the morphology control, the crystalline TiO2 nanostructured films with different morphologies were introduced into solid state dye-sensitized solar cells. It has been found that all of the morphologies help to improve the performance of the solar cells. Especially, clustered nanoparticles, worm-like structures, foam-like structures, large collapsed nanovesicles show more pronounced performance improvement than other morphologies such as nanowires, flakes, and nanogranulars.

Developments in target-ion source chemistry for ISOL facilities

This work investigates the influence of chemical reactions on the release of elements from target-ion source units for ISOL facilities. Methods employed are thermochromatography, yield and hold-up time measurements; adsorption enthalpies have been determined for Ag and In. The results obtained with these methods are consistent. Elements exhibit reversible or irreversible reactions on different surfaces (Tantalum, quartz, sapphire). The interactions with surfaces inside the target-ion source unit can be used to improve the quality of radioactive ion beams. Spectroscopic data obtained at CERN-ISOLDE using a medium-temperature quartz transfer line show the effectivity of selective adsorption for beam purification. New gamma lines of 131Cd have been observed and a tentative decay scheme is presented.

Entwicklung und Anwendung von mobilen Messstrategien und Analysemethoden zur Untersuchung urbanen Aerosols

Seit Anbeginn der Menschheitsgeschichte beeinflussen die Menschen ihre Umwelt. Durch anthropogene Emissionen ändert sich die Zusammensetzung der Atmosphäre, was einen zunehmenden Einfluss unter anderem auf die Atmosphärenchemie, die Gesundheit von Mensch, Flora und Fauna und das Klima hat. Die steigende Anzahl riesiger, wachsender Metropolen geht einher mit einer räumlichen Konzentration der Emission von Luftschadstoffen, was vor allem einen Einfluss auf die Luftqualität der windabwärts gelegenen ruralen Regionen hat. In dieser Doktorarbeit wurde im Rahmen des MEGAPOLI-Projektes die Abluftfahne der Megastadt Paris unter Anwendung des mobilen Aerosolforschungslabors MoLa untersucht. Dieses ist mit modernen, zeitlich hochauflösenden Instrumenten zur Messung der chemischen Zusammensetzung und Größenverteilung der Aerosolpartikel sowie einiger Spurengase ausgestattet. Es wurden mobile Messstrategien entwickelt und angewendet, die besonders geeignet zur Charakterisierung urbaner Emissionen sind. Querschnittsmessfahrten durch die Abluftfahne und atmosphärische Hintergrundluftmassen erlaubten sowohl die Bestimmung der Struktur und Homogenität der Abluftfahne als auch die Berechnung des Beitrags der urbanen Emissionen zur Gesamtbelastung der Atmosphäre. Quasi-Lagrange’sche Radialmessfahrten dienten der Erkundung der räumlichen Erstreckung der Abluftfahne sowie auftretender Transformationsprozesse der advehierten Luftschadstoffe. In Kombination mit Modellierungen konnte die Struktur der Abluftfahne vertieft untersucht werden. Flexible stationäre Messungen ergänzten den Datensatz und ließen zudem Vergleichsmessungen mit anderen Messstationen zu. Die Daten einer ortsfesten Messstation wurden zusätzlich verwendet, um die Alterung des organischen Partikelanteils zu beschreiben. Die Analyse der mobilen Messdaten erforderte die Entwicklung einer neuen Methode zur Bereinigung des Datensatzes von lokalen Störeinflüssen. Des Weiteren wurden die Möglichkeiten, Grenzen und Fehler bei der Anwendung komplexer Analyseprogramme zur Berechnung des O/C-Verhältnisses der Partikel sowie der Klassifizierung der Aerosolorganik untersucht. Eine Validierung verschiedener Methoden zur Bestimmung der Luftmassenherkunft war für die Auswertung ebenfalls notwendig. Die detaillierte Untersuchung der Abluftfahne von Paris ergab, dass diese sich anhand der Erhöhung der Konzentrationen von Indikatoren für unprozessierte Luftverschmutzung im Vergleich zu Hintergrundwerten identifizieren lässt. Ihre eher homogene Struktur kann zumeist durch eine Gauß-Form im Querschnitt mit einem exponentiellen Abfall der unprozessierten Schadstoffkonzentrationen mit zunehmender Distanz zur Stadt beschrieben werden. Hierfür ist hauptsächlich die turbulente Vermischung mit Umgebungsluftmassen verantwortlich. Es konnte nachgewiesen werden, dass in der advehierten Abluftfahne eine deutliche Oxidation der Aerosolorganik im Sommer stattfindet; im Winter hingegen ließ sich dieser Prozess während der durchgeführten Messungen nicht beobachten. In beiden Jahreszeiten setzt sich die Abluftfahne hauptsächlich aus Ruß und organischen Partikelkomponenten im PM1-Größenbereich zusammen, wobei die Quellen Verkehr und Kochen sowie zusätzlich Heizen in der kalten Jahreszeit dominieren. Die PM1-Partikelmasse erhöhte sich durch die urbanen Emissionen im Vergleich zum Hintergrundwert im Sommer in der Abluftfahne im Mittel um 30% und im Winter um 10%. Besonders starke Erhöhungen ließen sich für Polyaromaten beobachten, wo im Sommer eine mittlere Zunahme von 194% und im Winter von 131% vorlag. Jahreszeitliche Unterschiede waren ebenso in der Größenverteilung der Partikel der Abluftfahne zu finden, wo im Winter im Gegensatz zum Sommer keine zusätzlichen nukleierten kleinen Partikel, sondern nur durch Kondensation und Koagulation angewachsene Partikel zwischen etwa 10nm und 200nm auftraten. Die Spurengaskonzentrationen unterschieden sich ebenfalls, da chemische Reaktionen temperatur- und mitunter strahlungsabhängig sind. Weitere Anwendungsmöglichkeiten des MoLa wurden bei einer Überführungsfahrt von Deutschland an die spanische Atlantikküste demonstriert, woraus eine Kartierung der Luftqualität entlang der Fahrtroute resultierte. Es zeigte sich, dass hauptsächlich urbane Ballungszentren von unprozessierten Luftschadstoffen betroffen sind, advehierte gealterte Substanzen jedoch jede Region beeinflussen können. Die Untersuchung der Luftqualität an Standorten mit unterschiedlicher Exposition bezüglich anthropogener Quellen erweiterte diese Aussage um einen Einblick in die Variation der Luftqualität, abhängig unter anderem von der Wetterlage und der Nähe zu Emissionsquellen. Damit konnte gezeigt werden, dass sich die entwickelten Messstrategien und Analysemethoden nicht nur zur Untersuchung der Abluftfahne einer Großstadt, sondern auch auf verschiedene andere wissenschaftliche und umweltmesstechnische Fragestellungen anwenden lassen.

Austauschprozesse an Tropopausenfalten extratropischer Zyklonen

Troposphärisches Ozon ist bekannt als wichtiges Oxidationsmittel und als Vorläufergas hoch reaktiver Radikale. Es zählt zu den wichtigsten Treibhausgasen und wirkt bei hohen Konzentrationen an der Erdoberfläche giftig für alle Lebewesen. Zwar wird der Großteil des troposphärischen Ozons photochemisch produziert, ein erheblicher Anteil hat aber stratosphärischen Ursprung und wird entlang von Tropopausenfalten in Zyklonen in die Troposphäre transportiert. Dieser Transport von Luftmassen aus der Stratosphäre in diernTroposphäre (STT) kann zu einem kurzzeitigen, starken Ozonanstieg am Boden führen und langfristig die Chemie der Troposphäre beeinflussen. Die Quantifizierung des Ozoneintrages und die Identifizierung der dafür verantwortlichen Prozesse ist mit großen Unsicherheiten belastet und ein aktuelles Forschungsthema.rnAufgrund ihrer groben Auflösung ist es mit globalen Modellen nicht möglich, die Details dieser STT-Prozesse zu erfassen. Deshalb wird in dieser Arbeit das Modellsystem MECO(n) genutzt, welches das regionale Atmosphärenchemie- und Klimamodell COSMO/MESSy mit dem globalen Chemie-Klimamodell ECHAM5/MESSy (EMAC) koppelt. Eine einheitliche Prozessparametrisierung ermöglicht konsistente, simultane Simulationen in verschiedenen Modellauflösungen. Ein als Teil dieser Arbeit neu entwickeltes Submodell erlaubt die Initialisierung künstlicher, passiver Tracer in Abhängigkeit verschiedener Variablen. Mit einem auf diese Weise freigesetzten, stratosphärischen Tracer lässt sich Ozon mit stratosphärischer Herkunft von solchem, das photochemisch produziert wurde, unterscheiden.rnIm Rahmen einer Fallstudie werden die Austauschprozesse an einer Tropopausenfalte sowohl aus der Eulerischen, als auch aus der Lagrangeschen Perspektive betrachtet. Die Analyse der STT-Prozesse zeigt, dass Luftmassen aus der Stratosphäre durch turbulente und diabatische Prozesse am Rand der Tropopausenfalte in die Troposphäre gelangen und anschließend bis zum Boden transportiert werden. Diese absinkenden, stratosphärischen Luftmassen führen in den Simulationen zu Ozonanstiegen am Boden, die mit Beobachtungsdaten evaluiert werden können. Es wird gezeigt, dass die Ergebnisse der feiner auflösendenrnModellinstanz gut mit den Messungen übereinstimmen.rnIn einer Lagrangeschen Analyse lassen sich Mischungszeitskalen für STT-Prozesse bestimmen. Es wird gezeigt, dass Luftpakete, die sich länger als zehn Stunden in der Troposphäre aufhalten, diese durch den Eintrag ihrer stratosphärischen Tracereigenschaften beeinflussen und daher nicht vernachlässigbar sind. Eine weitere Studie gibt Aufschluss über die Effektivität der Mischung an Tropopausenfalten: Fast die gesamte Luftmasse, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Tropopausenfalte befindet, gelangt innerhalb von zwei Tagen in die Troposphäre.

Summaries of the USAEC basic research program in chemistry : (off site) /

"TID-4500(46th Ed.)."

Summaries of the USAEC basic research program in chemistry : (on site) /

"(TID-4500, 33rd. Ed.).

Elements of chemistry and natural history. : To which is prefixed, The philosophy of chemistry /

Mode of access: Internet.

N-3,5 '-cycloxanthosine, the first natural occurrence of a cyclonucleoside

An Eryus sp. of marine sponge from the Great Australian Bight has yielded the first reported natural occurrence of a cyclonucleoside, N-3,5'-cycloxanthosine. The structure of N-3,5'-cycloxanthosine was confirmed by detailed spectroscopic analysis and total synthesis.

Finding natural groups in data:an application to strategic group research

The best way of finding “natural groups” in management research remains subject to debate and within the literature there is no accepted consensus. The principle motivation behind this study is to explore the effect of choices of method upon strategic group research, an area that has suffered enduring criticism, as we believe that these method choices are still not fully exploited. Our study is novel in the use of a variety of more robust clustering and validation techniques, rarely used in management research, some borrowed from the natural sciences, which may provide a useful and more robust base for this type of research. Our results confirm that methods do exist to address the concerns over strategic group research and adoption of our chosen methods will improve the quality of management research.

Possibilidades de enfoque CTS para o ensino superior de química: proposta de uma abordagem para ácidos e bases

Scientific education has been passing by redefinitions, contestations and new contributions from the research on science teaching. One contribution is the idea of science and technology literacy, allowing the citizens not only knowing science but also understand aspects on the construction and motivation of scientific and technological research. In accordance with this idea, there is the Science-Technology-Society (STS) studies which, since the 1970s, has been contributing for science teaching and learning according to the comprehension of the relationships with society in the Western countries of the North. In Brazil, this approach began to gain projection from the 1990s when the first essays on the theme were published. Currently, there is a clear influence of this approach on the national curriculum guidelines, especially for the area of Natural Sciences, and also on the textbooks chosen by the High School National Program (Programa Nacional do Ensino Médio). However, there seems to be a gap in relation to the discussion on the specific curricular component seen in college on this approach. Thus, this study aims at adopting the approach STS, face to the preparation of complimentary educational material on acid and bases concepts studied in the course of General Chemistry of the Natural Sciences graduation program. To this end, it was performed a bibliographical research aiming at making the state-of-the-art in in these concepts in specific literature to science teaching. It is divided in two stages: systematic study (with sixteen journals chosen according to Qualis-Capes and an unsystematic study with direct search in databases and references in the papers of the systematic study. The studies had their content analyzed and the categories chosen a priori were the level of education, the acid-base theory adopted, and the strategy/theoretical frame of reference adopted. A second stage aimed at identifying attitudes and beliefs on STS (Science-Technology-Society) and CSE (Chemistry-Society-Environment) of students in the teacher and technologist training course in three diferent institutions: UTFPR, UFRN and IFRN. In this study, it was used two questionnaires, composed of a Likert scale, semantic differential scale and open questions. The quantitative data reliability was estimated through Cronbach’s alpha method, and tha data were treated according to classic statistics, using the mean as the centrality measures, and the mean deviation as dispersion. The qualitative data were treated according to the content analysis with categories taken from the reading of answers. In the third stage, it was analyzed the presence of STS and CSE content in chapters on acid and bases concepts of nine General Chemistry textbooks, frequently used in graduation programs in public institutions of the state of Rio Grande do Norte. The results showed that there are few proposals of acid and bases teaching, and they are generally aimed at High School or at instrumentation for teaching courses, and no course for General Chemistry. The student’s attitudes and beliefs show the presence of a positivist point of view based on the concept of Science and Technology neutrality and the salvation of its mediation. The books analysis showed just a few content on STS and CSE are found in the studied chapters, and they are generally presented disjointedly in relation to the rest of the main text. In the end, as suggestion to solve the absence of proposals STS in General Chemistry books, as well as the student’s positivist attitudes, it was developed some educational material to be used in the course of General Chemistry at College. The material is structured to introduce a historical view of the concepts preparation, present the use of materials, the industrial and technological processes, and social and environmental consequences of this activities

Globale Entwikclung als Lernbereich in den Naturwissenschaften

Mit dem Orientierungsrahmen für den Lernbereich Globale Entwicklung wurden Anregungen gegeben, die Themen nachhaltige Entwicklung und globale Entwicklung im Unterricht in allen Schulfächern aufzugreifen. Die drei naturwissenschaftlichen Schulfächer Biologie, Chemie und Physik haben sich bislang sehr unterschiedlich auf das Thema eingelassen. In der Biologiedidaktik finden sich sowohl Forschungsarbeiten als auch Unterrichtsvorschläge; für Chemie und insbesondere Physik existieren hingegen nur sehr wenige Ansätze. Im Rahmen der zu erwerbenden Bewertungskompetenz, wie sie durch die Bildungsstandards in den Fächern Biologie, Chemie und Physik beschrieben wird, ist nachhaltige Entwicklung als ein mögliches Thema, ein Kontext anzusehen. Vor diesem größeren Hintergrund wird die gängige unterrichtspraktische Literatur in allen drei Fächern exemplarisch zusammengefasst. (DIPF/Orig.)

Carbon Stocks and Isotopic Composition of the Organic Matter in Soils Covered by Native Vegetation and Pasture in Sorocaba, SP, Brazil

Land cover change constitutes one of main way of alteration of soil organic matter in both quantitative and qualitative terms. The goal of this study was to compare the carbon stock and the isotopic signature of the organic matter in the soil of areas with different land use,covered with forest and grass (pasture). The study area is located at Sorocaba, SP, Brazil. Using un-deformed soil samples, we measured the carbon content and bulk density. The isotopic signature of soil carbon was determined through the analysis of isotopic ratio (12)C/(13)C. The pasture soil stocks 48% less carbon than the soil covered by natural forest. The isotopic signature indicated that 42.2% of organic matter of the soil covered by pasture is originated from grasses. This characterizes a highly degradation of organic matter in the environment, both quantitatively and qualitatively. Hence, some guidelines of recuperation are described in order to restore the soil organic matter, structure and porosity.

Effect of terbium(III) on the binding of aromatic guests with sodium taurocholate aggregates

The effect of binding Tb(3+) to sodium taurocholate aggregates containing polyaromatic hydrocarbon guests was examined using pyrene and 1-ethylnaphthalene as guests that bind to the primary aggregate, and 1-naphthyl-1-ethanol as a secondary aggregate guest. Time-resolved fluorescence quenching studies were used to study the binding site properties, while laser flash photolysis quenching studies provided information on the dynamics of the guest-aggregate system. Both the primary and secondary aggregate binding sites became more compact in the presence of bound Tb(3+), while only the primary aggregate became more accessible to anionic molecules. The binding dynamics for the guest-primary aggregate system became faster when Tb(3+) was bound to the aggregate. In contrast, for the guest-secondary aggregate the presence of Tb(3+) resulted in a small decrease in the dissociation rate constant. The influence of bound Tb(3+) on the primary and secondary bile salt aggregates is significantly different, which affects how these aggregates can be used as supramolecular host systems to modify guest reactivity.