Influência de elementos terras raras nas propriedades catalíticas de óxidos derivados de hidrotalcitas para produção de biodiesel etílico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estrutura e algumas propriedades ópticas de difenilfosfinatos de terras-raras

Coordination compounds of trivalent lanthanides cations with diphenylphosphinate are originated from direct reaction between a lanthanide salt and diphenylphosphinic acid. These complexes have peculiar and intriguing features, as (i) quickly obtainment through wet process precipitation, (ii) appreciable thermal stability, similar to inorganic phosphates, (iii) polymeric structure, and consequently, (iv) low solubility in both polar and non-polar solvents. Nowadays, coordination polymers are classified as coordination networks or, in case of porous materials, as metal-organic frameworks (MOFs). By this study, we aim to determine some optical properties of rare-earth diphenylphosphinate (RE = La3+, Eu3+, Gd3+, Lu3+) and conduct an updated classification of these compounds, bringing more details of its structure and the possible proposal of new materials with applications in lighting, detection of ionizing radiation and magnetism. The complexes of trivalent rare-earth cation with diphenylphosphinate were prepared by direct mixture of diphenylphosphinic acid with rare-earth metal chloride, both in ethanolic solution. The solution of diphenylphosphinic acid was kept in a beaker under constant stirring with pH measurements of the solution and gadolinium chloride solution was then dripped slowly with the aid of a burette until its complete addition; the following metal:ligand molar ratios were tested: 1:1, 1:2, 1:3, 2:1 e 3:1. The compounds were characterized by spectroscopic and structural techniques. By Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), it was possible to check the total ionization of diphenylphosphinic acid in synthesized complexes, confirmed by the absence of the band type A, B, C related to ѵ(O-H) of the acid (2663 cm-1, 2168 cm-1, 1684 cm-1), as well as the disappearance of ѵ(P-OH)=961 cm-1. Furthermore, the occurrence of bands shifts of ѵ(POO-) [symmetrical and asymmetrical] of...

Estrutura e algumas propriedades ópticas de difenilfosfinatos de terras-raras

Coordination compounds of trivalent lanthanides cations with diphenylphosphinate are originated from direct reaction between a lanthanide salt and diphenylphosphinic acid. These complexes have peculiar and intriguing features, as (i) quickly obtainment through wet process precipitation, (ii) appreciable thermal stability, similar to inorganic phosphates, (iii) polymeric structure, and consequently, (iv) low solubility in both polar and non-polar solvents. Nowadays, coordination polymers are classified as coordination networks or, in case of porous materials, as metal-organic frameworks (MOFs). By this study, we aim to determine some optical properties of rare-earth diphenylphosphinate (RE = La3+, Eu3+, Gd3+, Lu3+) and conduct an updated classification of these compounds, bringing more details of its structure and the possible proposal of new materials with applications in lighting, detection of ionizing radiation and magnetism. The complexes of trivalent rare-earth cation with diphenylphosphinate were prepared by direct mixture of diphenylphosphinic acid with rare-earth metal chloride, both in ethanolic solution. The solution of diphenylphosphinic acid was kept in a beaker under constant stirring with pH measurements of the solution and gadolinium chloride solution was then dripped slowly with the aid of a burette until its complete addition; the following metal:ligand molar ratios were tested: 1:1, 1:2, 1:3, 2:1 e 3:1. The compounds were characterized by spectroscopic and structural techniques. By Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), it was possible to check the total ionization of diphenylphosphinic acid in synthesized complexes, confirmed by the absence of the band type A, B, C related to ѵ(O-H) of the acid (2663 cm-1, 2168 cm-1, 1684 cm-1), as well as the disappearance of ѵ(P-OH)=961 cm-1. Furthermore, the occurrence of bands shifts of ѵ(POO-) [symmetrical and asymmetrical] of...

Film based on Y2O3: Eu3+ (5 mol% of Eu3+) for flat panel display

This paper reports on Y2O3:Eu3+ containing 1 mol% of Ag-0 nanoparticle films recovered with a SiO2 layer by using glass foil as a substrate for a possible optical display device application. The obtained film showed an intense emission at 612 nm due to the Eu3+ 5D0 -> F-7(2) hypersensitive transition, a high transmittance in that emission range, an excellent optical quality, and a high absorption only below 300 nm. Moreover, despite the presence of the SiO2 layer used to improve the phosphor adhesion on Corning (R) foil substrates, the intensity ratios between the emissions assigned to Eu3+ D-5(0) -> F-7(2) (dipole electric transition) and D-5(0) -> F-7(1) (dipole magnetic transition) were not affected by it. The x and y coordinate values found in the 1931 Commission Internationale de l'Eclairage Chromaticity Diagram for this film reveal that it has a suitable pure red color emission for optical displays devices. (C) 2012 Elsevier B. V. All rights reserved.

Novel europium and gadolinium complexes with methaneseleninate as ligand: Synthesis, characterization and spectroscopic study

The methaneseleninate and 1,10-phenanthroline were used as ligands in the synthesis of new lanthanide complexes. The photostability, emission quantum yield (q) and quantum efficiency (eta) of the D-5(0) emitting level of the Eu3+ ion were determined. An energy level diagram was used to establish the most relevant channels involved in the ligand-to-metal intramolecular energy transfer process. The nephelauxetic effect was investigated to assess the covalency of the ligand-metal chemical bond. The values of the experimental 4f-4f intensity parameters, suggest that this ion is in a chemical environment less polarisable than in the case of complexes with beta-diketonates as ligands. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Terbium(III) and dysprosium(III) 8-connected 3D networks containing 2,5-thiophenedicarboxylate anion: Crystal structures and photoluminescence studies

Two novel coordination polymers with the formula {[Ln(2)(2,5-tdc)(3)(dmso)(2)].H2O}(n) (Ln = Tb(III) for (1) and Dy(III) for (2)), (2,5-tdc(2-) = 2,5-thiophenedicarboxylate and dmso = dimethylsulfoxide) have been synthesized by the diffusion method and characterized by thermal analysis, vibrational spectroscopy and single crystal X-ray diffraction analysis. Structure analysis reveals that 2,5-tdc(2-) play a versatile role toward different lanthanide ions to form three-dimensional metal-organic frameworks (MOFs) in which the lanthanides ions are heptacoordinated. Photophysical properties were studied using excitation and emission spectra, where the photoluminescence data show the high emission intensity of the characteristic transitions D-5(4 ->) F-7(J) (J= 6, 5, 4 and 3) for (1) and (F9/2 -> HJ)-F-4-H-6 (J = 15/2, 13/2 and 11/2) for (2), indicating that 2,5-tdc(2-) is a good sensitizer. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Synthesis and Characterization of the Europium(III) Pentakis(picrate) Complexes with Imidazolium Countercations: Structural and Photoluminescence Study

Six new lanthanide complexes of stoichiometric formula (C)(2)[Ln(Pic)(5)]-where (C) is a imidazolium cation coming from the ionic liquids 1-butyl-3-methylimidazolium picrate (BMIm-Pic), 1-butyl-3-ethylimidazolium picrate (BEIm-Pic), and 1,3-dibutylimidazolium picrate (BBIm-Pic), and Ln is Eu(III) or Gd(III) ions-have been prepared and characterized. To the best of our knowledge, these are the first cases of Ln(III) pentakis(picrate) complexes. The crystal structures of (BEIm)(2)[Eu(Pic)(5)] and (BBIm)(2)[Eu(Pic)(5)] compounds were determined by single-crystal X-ray diffraction. The [Eu(Pic)(5)](2-) polyhedra have nine oxygen atoms coordinated to the Eu(III) ion, four oxygen atoms from bidentate picrate, and one oxygen atom from monodentate picrate. The structures of the Eu complexes were also calculated using the sparkle model for lanthanide complexes, allowing an analysis of intramolecular energy transfer processes in the coordination compounds. The photoluminescence properties of the Eu(III) complexes were then studied experimentally and theoretically, leading to a rationalization of their emission quantum yields.

Tb3+-> Eu3+ Energy Transfer in Mixed-Lanthanide-Organic Frameworks

In this work, we report a theoretical and experimental investigation of the energy transfer mechanism in two isotypical 2D coordination polymers, (infinity)[(Tb1-xEux)(DPA)(HDPA)], where H(2)DPA is pyridine 2,6-dicarboxylic acid and x = 0.05 or 0.50. Emission spectra of (infinity)[(Tb0.95Eu0.05)(DPA)(HDPA)] and (infinity)[(Tb0.5Eu0.5)(DPA)(HDPA)], (I) and (2), show that the high quenching effect on Tb3+ emission caused by Eu3+ ion indicates an efficient Tb3+-> Eu3+ energy transfer (ET). The k(ET) of Tb3+-> Eu3+ ET and rise rates (k(r)) of Eu3+ as a function of temperature for (1) are on the same order of magnitude, indicating that the sensitization of the Eu3+5D0 level is highly fed by ET from the D-5(4) level of Tb3+ ion. The eta(ET) and R-0 values vary in the 67-79% and 7.15 to 7.93 angstrom ranges. Hence, Tb3+ is enabled to transfer efficiently to Eu3+ that can occupy the possible sites at 6.32 and 6.75 angstrom. For (2), the ET processes occur on average with eta(ET) and R-0 of 97% and 31 angstrom, respectively. Consequently, Tb3+ ion is enabled to transfer energy to Eu3+ localized at different layers. The theoretical model developed by Malta was implemented aiming to insert more insights about the dominant mechanisms involved in the ET between lanthanides ions. Calculated single Tb3+-> Eu3+ ETs are three orders of magnitude inferior to those experimentally; however, it can be explained by the theoretical model that does not consider the role of phonon assistance in the Ln(3+)-> Ln(3+) ET processes. In addition, the Tb3+-> Eu3+ ET processes are predominantly governed by dipole-dipole (d-d) and dipole-quadrupole (d-q) mechanisms.

Structural investigation of Nb-based layer sulfides

In this work we have investigated the intercalation of electron-donors between NbS2 slabs in Nb-based layer sulfides. Two series of Sr substituted Nb-based misfit sulfides belonging to the 1.5Q/1H and 1Q/1H series of misfit layer compounds have been synthesised. For large lanthanides (Ln=La, Ce), only the 1Q/1H compounds formed whereas for smaller lanthanides and yttrium, both types of phases can be obtained. The crystal structure of misfit sulfide (Pr0.55Sr0.45S)1.15NbS2 has been refined using the composite approach. In the Q-slab, Pr-atoms are partly replaced by Sr with a random distribution over one cation position. The crystal structure of misfit sulfide [(Sm1/3Sr2/3S)1.5]1.15NbS2 belonging to the 1.5Q/1H series have also been determined. The obtained results suggest a preferred occupancy of the cation positions in the slab where Sr atoms mainly occupy positions on the exterior of the slab while Sm atoms are in the center of the slab. The (La1-xSrxS)1.15NbS2 solid solution (0.1<x<0.9) has also been studied. It was found that the maximum value of Sr substitution is 40-50% and therefore, the minimal value of charge transfer to stabilize this structure type is about 0.6ē per Nb atom. An attempt to synthesize SrxNbS2 (0.1≤x≤0.5) intercalates was made but single phases were not obtained and increasing the temperature from 1000оС to 1100оС leads to the decomposition of these intercalates. Single crystals of Sr0.22Nb1.05S2 and Sr0.23NbS2 were found and their structures were determined. The structures belong to two different types of packings with statistical distribution of Sr between layers. A new superconducting sulfide, "EuNb2S5", was investigated by ED and HREM and its structure model consisting of Nb7S14 and (Eu3S4)2 slabs alternating along the c-axis is suggested. An attempt to suggest a model for the structure of "SrNb2S5" by means of X-ray single crystal diffraction was made. The proposed structure consists of two types of slabs: a Nb7S14 and a [Sr6(NbS4)2S] slab with niobium in tetrahedral coordination. It is shown that "SrNb2S5" and "EuNb2S5" are have similar structures. For the first time, single crystals of the complex sulfide BaNb0.9S3 have also been studied by means of X-ray single crystal diffraction. The single crystal refinement and EDX analysis showed the existence of cation vacancies at the niobium position. BaNb0.9S3 has also been studied by ED and no superstructure was found which implies that and the vacancies are statistically distributed. No improvement of the magnetic properties of the studied compounds was observed in comparison to NbS2.

Method development using ICP-MS and LA-ICP-MS and their application in environmental and material science

Within this PhD thesis several methods were developed and validated which can find applicationare suitable for environmental sample and material science and should be applicable for monitoring of particular radionuclides and the analysis of the chemical composition of construction materials in the frame of ESS project. The study demonstrated that ICP-MS is a powerful analytical technique for ultrasensitive determination of 129I, 90Sr and lanthanides in both artificial and environmental samples such as water and soil. In particular ICP-MS with collision cell allows measuring extremely low isotope ratios of iodine. It was demonstrated that isotope ratios of 129I/127I as low as 10-7 can be measured with an accuracy and precision suitable for distinguishing sample origins. ICP-MS with collision cell, in particular in combination with cool plasma conditions, reduces the influence of isobaric interferences on m/z = 90 and is therefore well-suited for 90Sr analysis in water samples. However, the applied ICP-CC-QMS in this work is limited for the measurement of 90Sr due to the tailing of 88Sr+ and in particular Daly detector noise. Hyphenation of capillary electrophoresis with ICP-MS was shown to resolve atomic ions of all lanthanides and polyatomic interferences. The elimination of polyatomic and isobaric ICP-MS interferences was accomplished without compromising the sensitivity by the use of a high resolution mode as available on ICP-SFMS. Combination of laser ablation with ICP-MS allowed direct micro and local uranium isotope ratio measurements at the ultratrace concentrations on the surface of biological samples. In particular, the application of a cooled laser ablation chamber improves the precision and accuracy of uranium isotopic ratios measurements in comparison to the non-cooled laser ablation chamber by up to one order of magnitude. In order to reduce the quantification problem, a mono gas on-line solution-based calibration was built based on the insertion of a microflow nebulizer DS-5 directly into the laser ablation chamber. A micro local method to determine the lateral element distribution on NiCrAlY-based alloy and coating after oxidation in air was tested and validated. Calibration procedures involving external calibration, quantification by relative sensitivity coefficients (RSCs) and solution-based calibration were investigated. The analytical method was validated by comparison of the LA-ICP-MS results with data acquired by EDX.

Synthese und Charakterisierung von Oxidchalkogeniden und Bronzen für die Nanostrukturierung

Ausgehend von der Entdeckung der reversiblen Strukturierung mittels Rastersondenmethoden im Phasensystem Na2O/V2O5/P2O5 wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei Ansatzpunkte verfolgt. Einerseits sollten mittels der Schmelzflußelektrolyse einige bereits existierende niederdimensionale Molybdänbronzen mit bekannten elektronischen Übergängen in ausreichend großen Kristallen gezüchtet werden, um sie auf ihre Strukturierungseigenschaften hin zu untersuchen. Gleichzeitig sollte durch Variation versucht werden, neue, bisher unbekannte Bronzen oder reduzierte Oxide zu synthetisieren und charakterisieren. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Synthese und Charakterisierung von Oxidchalkogeniden, bestehend aus einem Seltenerdmetall und einem 3d-Metall von Titan bis hin zu den mittleren Übergangsmetallen. Diese Verbindungen können durch die Kombination der jeweiligen Eigenschaften der oxidischen und chalkogeniden Teilstrukturen völlig neue elektronische und/oder magnetische Eigenschaften aufweisen. Mögliche auftretende Phasenübergänge sind wiederum für Strukturierungsversuche interessant. Die zu den Oxidchalkogeniden durchgeführten Untersuchungen ergaben im Phasensystem Ln/Ti/S/O (Ln = Lanthanoide) insgesamt sechs Verbindungen. Zwei von ihnen, La8Ti9S24O4 und Nd20Ti11S44O6, besitzen als gemeinsames Strukturelement tetranukleare [Ti4(u4-S)2(u2-O)4]-Cluster, bestehend aus vier miteinander über gemeinsame Flächen kondensierte TiS4O2-Oktaeder. Die Titanpositionen innerhalb der Cluster sind mit Ti+3-Ionen besetzt. Beide Verbindungen weisen in einem Temperaturbereich zwischen 150 K und 250 K eine deutlich ausgeprägte Hysterese der magnetischen Suszeptibilität auf, die sich im Falle von La8Ti9S24O4 auf einen Jahn-Teller-Übergang zurückführen läßt. Daneben konnte erstmals eine Serie oxidisch/sulfidisch gemischter Ruddlesden-Popper-Verbindungen mit Ln2Ti2S2O5 (Ln = Pr, Nd, Sm) synthetisiert und charakterisiert werden. Titan liegt als vierwertiges Ion in aus TiSO5-Oktaedern gebildeten Perowskit-Doppelschichten vor. Die neunfach koordinierten Positionen sind mit den Seltenerdmetallionen gefüllt, die zwölffach koordinierten Lagen sind unbesetzt. Bei dem sechsten erhaltene Titanoxidsulfid, La4TiS6.5O1.5, handelt es sich um einen Halbleiter mit einer Bandlücke von etwa 2 eV. Weiterhin gelang es, die Serie Ln2M3S2O8 (Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm; M = Nb, Ta) zu synthetisieren und in ihren physikalischen Eigenschaften zu charakterisieren. Es handelt sich ausnahmslos um Halbleiter mit Bandlücken zwischen E=0.125 eV für La2Nb3S2O8 und E=0.222 eV für Pr2Ta3S2O8. Die Struktur der Oxidsulfide Ce2Ta3S2O8, Pr2Ta3S2O8, Nd2Nb3S2O8 sowie Sm2Ta3S2O8 weist im Gegensatz zu den anderen Verbindungen eine Fehlordnung eines der beiden kristallographisch unabhängigen Nb- bzw. Ta-Atome auf. Daraus resultiert eine Symmetrieerniedrigung von Pnma zu Pbam. Der Einsatz von Europium führte zu einer neuen Modifikation des bronzoiden Oxids EuTa2O6, in der das Europium als Eu+2 vorliegt, wie 151Eu-Mößbauer-Untersuchungen bestätigten. Vor der Durchführung der Kristallzüchtungen mittels der Schmelzflußelektrolysen mußten die benutzen Öfen und Elektrolysezellen geplant und angefertigt werden. Es konnten dann verschiedene blaue, rote und violette Moybdänbronzen (sowie La2Mo2O7) in Kristallen bis zu 25 mm Länge dargestellt werden. Ferner gelang die erste exakte Einkristalluntersuchung der roten Bronze Rb0.33MoO3. Sie verfügt über die höchste d-Elektronen-Lokalisierungsrate aller bekannten roten Bronzen. Die erhaltenen Bronzen wurden teilweise von der Arbeitsgruppe Fuchs, Physikalisches Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, auf ihre Nanostrukturierbarkeit hin untersucht. Dabei ergaben sich zwei verschiedene Strukturierungsmechanismen. Sind es im Fall der blauen Alkalimetall-Molybdänbronzen ausschließlich Lochstrukturen, die entstehen, handelt es sich bei La2Mo2O7 um Hügelstrukturen. Mittels der Schmelzflußelektrolyse konnte auch das gemischtvalente Alkalimetall-Eisenmolybdat NaFe2(MoO4)3 synthetisiert werden. Daneben gelang die Synthese dreier weiterer Alkalimetall-Eisenmolybdate: Cs2Fe2(MoO4)3, NaFe4(MoO4)5 und CsFe5(MoO4)7. Bis auf Cs2Fe2(MoO4)3, welches in der bekannten Langbeinit-Struktur kristallisiert, handelt es sich bei den übrigen Alkalimetall-Eisenmolybdaten um völlig neuartige Käfigverbindungen, bzw. bei CsFe5(MoO4)7 um eine Tunnelverbindung. Die Kristallstrukturen beinhalten kondensierte FeO6-Oktaeder. Im Fall von NaFe2(MoO4)3 lassen sich [Fe2O10]-Einheiten, für NaFe4(MoO4)5 [Fe2O10]- sowie [Fe3O14]-Einheiten, und für CsFe5(MoO4)7 [Fe4O18]-Baueinheiten beobachten. Die Positionen der Fe+2- und Fe+3-Atome in NaFe4(MoO4)5 wurden mit Hilfe einer 57Fe-Mößbauer-Untersuchung bestimmt.

13C NMR of a single molecule magnet: analysis of pseudocontact shifts and residual dipolar couplings

Paramagnetic triple decker complexes of lanthanides are promising Single Molecule Magnets (SMMs), with many potential uses. Some of them show preferable relaxation behavior, which enables the recording of well resolved NMR spectra. These axially symmetric complexes are also strongly magnetically anisotropic, and this property can be described with the axial component of the magnetic susceptibility tensor, χa. For triple decker complexes with phthalocyanine based ligands, the Fermi˗contact contribution is small. Hence, together with the axial symmetry, the experimental chemical shifts in 1H and 13C NMR spectra can be modeled easily by considering pseudocontact and orbital shifts alone. This results in the determination of the χa value, which is also responsible for molecular alignment and consequently for the observation of residual dipolar couplings (RDCs). A detailed analysis of the experimental 1H-13C and 1H-1H couplings revealed that contributions from RDCs (positive and negative) and from dynamic frequency shifts (negative for all observed couplings) have to be considered. Whilst the pseudocontact shifts depend on the average positions of 1H and 13C nuclei relative to the lanthanide ions, the RDCs are related to the mobility of nuclei they correspond to. This phenomenon allows for the measurement of the internal mobility of the various groups in the SMMs.

Studium hochkomplexer atomarer Spektren mittels Methoden der Laserresonanzionisation

In dieser Arbeit wurden umfangreiche laserspektroskopische Studien mit dem Zielrneines verbesserten Verständnisses höchst komplexer Spektren der Lanthanide und Aktinide durchgeführt. Einen Schwerpunkt bildete die Bestimmung bisher nicht oder mit unbefriedigender Genauigkeit bekannter erster Ionisationspotentiale für diese Elemente.rnHierzu wurden drei unterschiedliche experimentelle Methoden eingesetzt. Die Bestimmung des Ionisationspotentiales aus Rydbergserien wurde an den Beispielen Eisen, Mangan und Kobalt mit gemessenen Werten von IPFe = 63737, 6 ± 0, 2stat ± 0, 1syst cm−1, IPMn = 59959, 6 ± 0, 4 cm−1 beziehungsweise IPCo = 63564, 77 ± 0, 12 cm−1 zunächst erfolgreich erprobt. Die bestehenden Literaturwerte konnten in diesen Fällen bestätigt werden und bei Eisen und Kobalt die Genauigkeit etwa um einen Faktor drei bzw. acht verbessert werden. Im Falle der Lanthaniden und Aktiniden jedoch ist die Komplexität der Spektren derart hoch, dass Rydbergserien in einer Vielzahl weiterer Zustände beliebiger Konfiguration nicht oder kaum identifiziert werden können.rnUm dennoch das Ionisationspotential bestimmen zu können, wurde die verzögerte, gepulste Feldionisation wie auch das Verfahren der Isolated Core Excitation am Beispiel des Dysprosiums erprobt. Aus den so identifizierten Rydbergserien konnten Werte von IPFeld = 47899 ± 3 cm−1 beziehungsweise IPICE = 47900, 4 ± 1, 4 cm−1 bestimmt werden. Als komplementärer Ansatz, der auf ein möglichst reichhaltiges Spektrum in der Nähe des Ionisationspotentiales angewiesen ist, wurde zusätzlich die Sattelpunktsmethode erfolgreich eingesetzt. Das Ionisationspotential des Dysprosium wurde damit zu IPDy = 47901, 8±0, 3 cm−1 bestimmt, wobei am Samarium, dessen Ionisationspotential aus der Literatur mit höchster Genauigkeit bekannt ist, bestätigt werden konnte, dassrnauftretende systematische Fehler kleiner als 1 cm−1 sind. Das bisher sehr ungenau bekannte Ionisationspotential des Praseodyms wurde schließlich zu IPPr = 44120, 0 ± 0, 6 cm−1 gemessen. Hiermit wird der bisherige Literaturwert bei einer Verbesserung der Genauigkeit um zwei Größenordnungen um etwa 50 cm−1 nach oben korrigiert. Aus der Systematik der Ionisationspotentiale der Lanthaniden konnte schließlich das Ionisationspotential des radioaktiven Promethiums mit IPPm = 44985 ± 140 cm−1 vorhergesagt werden. Abschließend wurde die Laserresonanzionisation des Elements Protactinium demonstriertrnund das Ionisationspotential erstmals experimentell bestimmt. Ein Wert vonrn49000±110 cm−1 konnte aus dem charakteristischen Verhalten verschiedener Anregungsschemata gefolgert werden. Dieser Wert liegt etwa 1500 cm−1 höher als der bisherige Literaturwert, theoretische Vorhersagen weichen ebenfalls stark ab. Beide Abweichungen können über eine Betrachtung der Systematik der Ionisationspotentiale in der Aktinidenreihe hervorragend verstanden werden.

Massenspektrometrische Untersuchungen des Komplexierungsverhaltens von Actinid-Ionen in Lösung

Da die Langzeit-Radiotoxizität von abgebrannten Kernbrennstoffen von Plutonium und den minoren Actiniden dominiert wird, sind diese Elemente im Fokus der Untersuchungen bezüglich der Entsorgung der radioaktiven Abfälle.rnUm ein besseres Verständnis der Selektivität der Partitioning-Liganden BTP und BTBP bezüglich der Extraktion von trivalenten Actiniden zu erlangen, wurden die Komplexe, die diese mit Lanthaniden in octanolischer Lösung bilden charakterisiert. Das unterschiedliche Extraktionsverhalten der Lanthaniden untereinander konnte dabei auf unterschiedliche Präferenz zur Bildung von Ln(BTP)3-Komplexen abhängig vom Ionenradius der Lanthaniden zurückgeführt werden. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass abhängig vom sterischen Anspruch der BTBP-Liganden in Eu(BTBP)2-Komplexen Nitratliganden in der ersten Koordinationssphäre gebunden werden. rnDa das Verhalten von Plutonium unter geochemischen Bedingungen von besonderem Interesse für die Risikoabschätzung von nuklearen Endlagern ist, widmet sich der zweite Teil der Arbeit dem Hydrolyse- und Kolloidbildungsverhalten von wässrigen Plutoniumlösungen in den Oxidationsstufen IV bis VI. Daher wurden die Lösungsspezies von sowohl Zirconium(IV) als Analogon für Plutonium(IV), als auch die von Uran(VI) und Plutonium(VI) direkt mittels massenspektrometrischer Methoden charakterisiert und quantifiziert. Darüber hinaus wurde die kinetische Hemmung der Reduktion von Pu(V) zu Pu(IV) und nachfolgender Kolloidbildung untersucht, welche sich durch oberflächeninduzierte Reduktion an kolloidalen Kristallisationskeimen deutlich beschleunigen lässt.rn

Biologischer Lichtsammler (LHCII) für Halbleiternanokristalle (Quantum Dots)

Der light harvesting complex II (LHCII) ist ein pflanzliches Membranprotein, das in seiner trimeren Form über 40 Chlorophylle bindet. In der Pflanze kann er besonders effizient Licht sammeln und die Anregungsenergie anschließend fast verlustfrei über andere chlorophyll-bindende Proteine an die Reaktionszentren weiterleiten. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften war es ein Ziel dieser Arbeit, rekombinanten LHCII mit synthetischen Komponenten zu kombinieren, die zur Ladungstrennung befähigt sind. Zu diesem Zweck wurden unter anderem Halbleiternanokristalle (Quantum Dots, QDs) ausgewählt, die je nach Zusammensetzung sowohl als Energieakzeptoren als auch als Energiedonoren in Frage kamen. Durch Optimierung des Puffers gelang es, die Fluoreszenzquantenausbeute der QDs in wässriger Lösung zu erhöhen und zu stabilisieren, so dass die Grundvoraussetzungen für die spektroskopische Untersuchung verschiedener LHCII-QD-Hybridkomplexe erfüllt waren.rnUnter Verwendung bereits etablierter Affinitätssequenzen zur Bindung des LHCII an die QDs konnte gezeigt werden, dass die in dieser Arbeit verwendeten Typ-I QDs aus CdSe und ZnS sich kaum als Energie-Donoren für den LHCII eignen. Ein Hauptgrund lag im vergleichsweise kleinen Försterradius R0 von 4,1 nm. Im Gegensatz dazu wurde ein R0 von 6,4 nm für den LHCII als Donor und Typ-II QDs aus CdTe, CdSe und ZnS als Akzeptor errechnet, wodurch in diesem System eine höhere Effizienz des Energietransfers zu erwarten war. Fluoreszenzspektroskopische Untersuchungen von Hybridkomplexen aus LHCII und Typ-II QDs ergaben eine hohe Plausibilität für einen Fluoreszenz Resonanz Energietransfer (FRET) vom Lichtsammler auf die QDs. Weitere QD-Affinitätssequenzen für den LHCII wurden identifiziert und deren Bindekonstanten ermittelt. Versuche mit dem Elektronenakzeptor Methylviologen lieferten gute Hinweise auf eine LHCII-sensibilisierte Ladungstrennung der Typ-II QDs, auch wenn dies noch anhand alternativer Messmethoden wie z.B. durch transiente Absorptionsspektroskopie bestätigt werden muss. rnEin weiteres Ziel war die Verwendung von LHCII als Lichtsammler in dye-sensitized solar cells (DSSC). Geeignete dotierte TiO2-Platten wurden ermittelt, das Verfahren zur Belegung der Platten optimiert und daher mit wenig Aufwand eine hohe LHCII-Belegungsdichte erzielt. Erste Messungen von Aktionsspektren mit LHCII und einem zur Ladungstrennung fähigen Rylenfarbstoff zeigen eine, wenn auch geringe, LHCII sensibilisierte Ladungstrennung. rnDie Verwendung von Lanthanide-Binding-Tags (LBTs) ist ein potentielles Verfahren zur in vivo-Markierung von Proteinen mit Lanthanoiden wie Europium und Terbium. Diese Metalle besitzen eine überdurchschnittlich lange Lumineszenzlebensdauer, so dass sie leicht von anderen fluoreszierenden Molekülen unterschieden werden können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit gelang es, eine LBT in rekombinanten LHCII einzubauen und einen Lumineszenz Resonanz Energietransfer (LRET) vom Europium auf den LHCII nachzuweisen.rn