Preparation, Characterization And Properties Of C-60 And C-70 - Spectroscopy, Structure, Anions, Interaction With Electron-Donors And Superconductivity

Preparation and characterization of the fullerenes, C60 and C70, are described in detail, including the design of the generators fabricated locally. The characterization techniques employed are UV-visible, IR, Raman and C-13 NMR spectroscopies, scanning as well as transmission electron microscopy and mass spectrometry. The electron energy level diagram of C60 as well as the one-electron reductions of C60 and C70 leading to various anions are discussed. Electronic absorption spectra of C60- and C60(2-) are reported. Phase transitions from the plastic to the crystalline states of C60 and C70 are examined. Based on a C-13 NMR study in a mixture of nematic liquid crystals, it has been demonstrated that C60 retains its extraordinary symmetry in solution phase as well. Interaction of C60 and C70 with strong electron-donor molecules has been investigated employing cyclic voltammetry. Superconductivity of K(x)C60 has been studied by non-resonant microwave absorption; Na(x)C60 as well as K(c)C70 are shown to be non-superconducting. Doping C60 with iodine does not make it superconducting. Interaction of C60 with SbCl5 and liquid Br2 gives rise to halogenated products.

Influence of the highest occupied molecular orbital energy level of the donor material on the effectiveness of the anode buffer layer in organic solar cells

Efficiency of organic photovoltaic cells based on organic electron donor/organic electron acceptor junctions can be strongly improved when the transparent conductive Anode is coated with a Buffer Layer (ABL). Here, the effects of a metal (gold) or oxide (molybdenum oxide) ABL are reported, as a function of the Highest Occupied Molecular Orbital (HOMO) of different electron donors. The results indicate that a good matching between the work function of the anode and the highest occupied molecular orbital of the donor material is the major factor limiting the hole transfer efficiency. Indeed, gold is efficient as ABL only when the HOMO of the organic donor is close to its work function Phi(Au). Therefore we show that the MoO(3) oxide has a wider field of application as ABL than gold. (C) 2011 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Organic photovoltaic cells using hexadecafluorophthalocyaninatocopper (F16CuPc) as electron acceptor material

We fabricated organic photovoltaic cells by using hexadecafluorophthalocyaninatocopper (F16CuPc) as electron acceptor material and para-sexiphenyl (p-6P) as electron donor material. F16CuPc has wide absorption spectrum from 550 nm to 850 nm, which covers the maximum of solar photo flux. The measurement of their external quantum efficiency (EQE) demonstrated that the photocurrent comes from the excitons created in F16CuPc, which were separated into free electrons and holes at heterojunction interface of p-6P and F16CuPc. Moreover, F(16)FuPc with excellent air-stability improved the environmental stability of photovoltaic cells, and the unencapsulated cells exhibited the shelf lifetime of exceeding a week.

Study of electron-transfer reactions across an externally polarized water/1,2-dichloroethane interface by scanning electrochemical microscopy

A novel method to study electron-transfer (ET) reactions between ferrocene in 1,2-dichloroethane (DCE) and a redox couple of K3Fe(CN)(6) and K4Fe(CN)(6) in water using scanning electrochemical microscopy (SECM) with a three-electrode setup is reported. In this work, a water droplet that adheres to the Surface of a platinum disk electrode is immersed in a DCE solution. The aqueous redox couple serves both as a reference electrode on the platinum disk and as an electron donor/acceptor at the polarized liquid/liquid inter-face. With the present experimental approach, the liquid/liquid interface can be polarized externally, while the electron-transfer reactions between the two phases can be monitored independently by SECM. The apparent heterogeneous rate constants for the ET reactions were obtained by fitting the experimental approach curves to the theoretical values. These rate constants obey the Butler-Volmer theory i.e., them, are found to be potential dependent.

Blue bottle light: lecture demonstrations of homogeneous and heterogeneous photo-induced electron transfer reactions

The classic, non-photochemical blue bottle experiment involves the reaction of methylene blue (MB) with deprotonated glucose, to form a bleached form of the dye, leuco-methylene blue (LMB), and subsequent colour recovery by shaking with air. This reaction is a popular demonstrator of key principles in kinetics and reaction mechanisms. Here it is modified so as to highlight features of homogenous and heterogeneous photoinduced electron transfer (PET) (Pure Appl. Chem., 2007, 79, 293-465) reactions, i.e. blue bottle light experiments. The homogeneous blue bottle light experiment uses methylene blue, MB, as the photo-sensitizer and triethanolamine as the sacrificial electron donor. Visible light irradiation of this system leads to its rapid bleaching, followed by the ready restoration of its original colour upon shaking away from the light source. The heterogeneous blue bottle light experiment uses titania as the photo-sensitizer, MB as a redox indicator and glucose as the sacrificial electron donor. UVA light irradiation of this system leads to the rapid bleaching of the MB and the gradual restoration of its original colour with shaking and standing. The latter 'dark' step can be made facile and more demonstrator-friendly by using platinised titania particles. These two photochemical versions of the blue bottle experiment are used to explore the factors which underpin homogeneous and heterogeneous PET reactions and provide useful demonstrations of homogeneous and heterogeneous photochemistry.

ELECTRON-ENERGY DISTRIBUTION-FUNCTIONS AND NEGATIVE-ION CONCENTRATIONS IN TANDEM AND HYBRID MULTICUSP NEGATIVE HYDROGEN-ION SOURCES

The second derivative of a Langmuir probe characteristic is used to establish the electron energy distribution function (EEDF) in both a tandem and hybrid multicusp H- ion source. Moveable probes are used to establish the spatial variation of the EEDF. The negative ion density is measured by laser induced photo-detachment. In the case of the hybrid source the EEDF consists of a cold Maxwellian in the central region of the source; the electron temperature increases with increasing discharge current (rising from 0.3 eV at 1 A to 1.2 eV at 50 A when the pressure is 0.4 Pa). A hot-electron tail exists in the EEDF of the driver region adjacent to each filament which is shown to consist of a distinct group of primary electrons at low pressure (0.08 Pa) but becomes degraded mainly through inelastic collisions at higher pressures (0.27 Pa). The tandem source, on the other hand, has a single driver region which extends throughout the central region. The primary electron confinement times are much longer so that even at the lowest pressure considered (0.07 Pa) the primaries are degraded. In both cases the measured EEDF at specific locations and values of discharge operating parameters are used to establish the rate coefficients for the processes of importance in H- production and destruction.

Acid-base, electron-donating and magnetic properties of Nd2O3 and its mixed oxides with alumina catalysts

The electron donor properties of Nd2O3 activated at 300, 500 and 800°C were investigated through studies on the adsorption of electron acceptors of various electron affinities - 7, 7, 8,8-tetracyanoquinodimethane (2.84 eV). 2, 3, 5, 6-tetrachloro-l , 4-benzoquinone (2.40 eV). p-dinitrobenzene (1.77 eV), and m-dinitrobenzene (1.26 eV) in solvents acetonitrile and 1, 4-dioxan. The extent of electron transfer during adsorption has been found from magnetic measurements and electronic spectral data. The corresponding data on mixed oxides of neodymium and aluminium are reported for various. compositions. The acid-base properties of catalysts were also determined using a set of Hammett indicators.

Electron Donating Property and Catalytic Activity of Perovskite-type Mixed Oxides (ABO3 ) Consisting of Rare Earth and 3d Transition Metals

The catalytic activity of Perovskite-type mixed oxides (LaCo03 . PrCo03 and SmCo03 ) for the reduction of cyclohexanone to cyclohexanol with 2-propanol (Meerwein-Ponndorf-Verley reduction) has been studied. The data have been correlated with the surface electron donor properties of these mixed oxides.

Acid-Base, Surface electron donating and catalytic properties of binary oxides of Zr with rare earth elements

Department of Applied Chemistry, Cochin University of Science and Technology

Electron-donating, acid-base, and magnetic properties of samaria catalyst

The electron-donor properties of Sm2O3 activated at 300, 500, and 800°C are reported from studies on the adsorption of electron acceptors of various electron affinities (electron affinity values in eV are given in parentheses): 7,7,8,8-tetracyanoquino-dimethane (2.84), 2,3,5,6-tetrachloro-1,4-benzoquinone (2.40), p-dinitrobenzene (1.77), and m-dinitrobenzene (1.26) in acetonitrile and 1,4-dioxane. The extent of electron transfer during the adsorption was determined from magnetic measurements. The acid-base properties of Sm2O3 at different activation temperatures are reported using a set of Hammett indicators. Electron donor-acceptor interactions at interfaces are important in elucidating the adhesion forces.

Acid-Base. Surface Electron Donatin6 &.Catai.Ytlc Properties Of Some Binary Mixed Oxides Containing Rare Earth Elements

Catalysis research underpins the science of modern chemical processing and fuel technologies. Catalysis is commercially one of the most important technologies in national economies. Solid state heterogeneous catalyst materials such as metal oxides and metal particles on ceramic oxide substrates are most common. They are typically used with commodity gases and liquid reactants. Selective oxidation catalysts of hydrocarbon feedstocks is the dominant process of converting them to key industrial chemicals, polymers and energy sources.[1] In the absence of a unique successfiil theory of heterogeneous catalysis, attempts are being made to correlate catalytic activity with some specific properties of the solid surface. Such correlations help to narrow down the search for a good catalyst for a given reaction. The heterogeneous catalytic performance of material depends on many factors such as [2] Crystal and surface structure of the catalyst. Thermodynamic stability of the catalyst and the reactant. Acid- base properties of the solid surface. Surface defect properties of the catalyst.Electronic and semiconducting properties and the band structure. Co-existence of dilferent types of ions or structures. Adsorption sites and adsorbed species such as oxygen.Preparation method of catalyst , surface area and nature of heat treatment. Molecular structure of the reactants. Many systematic investigations have been performed to correlate catalytic performances with the above mentioned properties. Many of these investigations remain isolated and further research is needed to bridge the gap in the present knowledge of the field.

Endogene DNA-Schädigung als Ursache genetischer Instabilität

Zusammenfassung Diese Arbeit beschreibt Untersuchungen über die zellulären Mechanismen, die zur Bildung dieser DNA-Schäden führen, sowie über die biologischen Auswirkungen dieser Schäden. Die Untersuchungen zu Uracil in der DNA wurden in ung-knockout-MEFs und Mäusen durchgeführt, die es erlauben, die Konsequenzen eines Ausfalls der wichtigsten Reparaturglykosylase für Uracil zu beleuchten. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Akkumulation von Uracil in den ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zum Wildtyp. In frisch isolierten Leber- und Milzzellen der Mäuse konnte dieser genotypspezifische Unterschied, wenn auch weniger ausgeprägt, ebenso beobachtet werden, nicht jedoch in reifen Spermien. Dieser gewebespezifische Unterschied und die quantitativ stärker ausgeprägte Akkumulation in ung-/--Mausfibroblasten im Vergleich zu den Mäusegeweben gab Anlass zur Vermutung, dass die Proliferation der Zellen für den Haupteintrag an Uracil in die DNA verantwortlich ist. Erstmals konnte in Versuche mit konfluenten (nicht mehr proliferierenden) ung-/--Mausfibroblasten gezeigt werden, dass nicht die spontane hydrolytische Desaminierung von Cytosin, sondern der Fehleinbau von dUMP während der DNA-Replikation die Hauptquelle für Uracil in der DNA von Säugerzellen darstellt. Da der Uracilmetabolismus ein wichtiges Target in der Chemotherapie ist, lag es nahe, das zur Verfügung stehende ung-knockout-Modell der MEFs zur Untersuchung mit Fluorpyrimidinen, die als Zytostatika verwendet werden, einzusetzen. Da bisher die Ursachen der beobachteten Apoptose der Tumorzellen und aller anderen metabolisch hochaktiven Zellen eines behandelten Organismus noch nicht vollständig verstanden ist, wurden diese Zellen mit verschiedenen Fluorpyrimidinen behandelt, die als Thymidylatsynthasehemmer die de novo Synthese von Thymidin unterbinden. Es konnte gezeigt werden, dass ung-/- Mausfibroblasten, im Gegensatz zu ung+/+ Mausfibroblasten, verstärkt Uracil in der DNA akkumulieren. Obwohl die ung+/+ Mausfibroblasten keine erhöhten Uracil-Spiegel in der DNA aufwiesen, zeigten sie bei Inkubation mit einem der beiden Thymidylatsynthasehemmern, 5-Fluoruracil (5-FU), die gleiche Sensitivität in einem nachfolgenden Proliferationsversuch wie die ung-/- Mausfibroblasten. Dies lässt darauf schließen, dass weder Reparatur noch Einbau von Uracil in die DNA für die beobachtete Toxizität dieser Zytostatika notwendig sind. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit war die Untersuchung des DNA-schädigenden Potenzials endogener ROS, die aus dem Fremdstoffmetabolismus stammen. Dazu wurden V79-Zellen verwendet, die mit dem humanen Enzym Cytochrom 2E1 (CYP2E1) transfiziert wurden (V79 CYP2E1) sowie Zellen, die ebenfalls durch Transfektion das humane Enzym Cytochromreduktase (auch Oxidoreduktase genannt) überexprimieren (V79 hOR). Beide Enzyme sind zusammen an der Hydroxylierung von Fremdstoffen beteiligt, bei der die Reduktion von molekularem Sauerstoff durch Übertragung von zwei Elektronen notwendig ist. Wird anstatt zweier Elektronen in Folge nur eines auf den Sauerstoff übertragen, so führt dieser von der Substratoxygenierung enkoppelte Vorgang zur Bildung von Superoxid. Daher galt es zu klären, ob das so erzeugte Superoxid und daraus gebildete ROS in der Lage sind, die DNA zu schädigen. Es konnte gezeigt werden, dass die Überexpression von CYP2E1 nicht zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer DNA-Schäden führt und die Metabolisierung von Ethanol durch dieses Enzym ebenfalls keine DNA-Modifikationen verursacht. Die Überexpression der Cytochromreduktase hingegen führte gegenüber dem Wildtyp zu einem erhöhten basalen Gleichgewichtsspiegel oxidativer Basenmodifikationen nach Depletion von Glutathion, einem wichtigen zellulären Antioxidans. Im Mikrokerntest, der gentoxische Ereignisse wie Chromosomenbrüche in Zellen aufzeigt, zeigte sich schon ohne Glutathion-Depletion eine doppelt so hohe Mikrokernrate im Vergleich zum Wildtyp. In weiteren Versuchen wurden die V79-hOR-Zellen mit dem chinoiden Redoxcycler Durochinon inkubiert, um zu untersuchen, ob das vermutlich durch die Reduktase vermittelte Redoxcycling über Generierung von ROS in der Lage ist, einen oxidativen DNA-Schaden und Toxizität zu verursachen. Hier zeigte sich, dass die Überexpression der Reduktase Voraussetzung für Toxizität und den beobachteten DNA-Schaden ist. Die Wildtyp-Zellen zeigten weder einen DNA-Schaden noch Zytotoxizität, auch eine zusätzliche Glutathion-Depletion änderte nichts an dem Befund. Die V79-hOR-Zellen hingegen reagierten auf die Inkubation mit Durochinon mit einer konzentrationsabhängigen Zunahme der Einzelstrangbrüche und oxidativen Basenmodifikationen, wobei sich der DNA-Schaden durch vorherige Glutathion-Depletion verdoppeln ließ.

Direct electron transfer to cytochrome c oxidase investigated by electrochemistry and time-resolved surface-enhanced infrared absorption spectroscopy

Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.

Novel porphyrin amino acids as building blocks for artificial photosynthetic reaction centers : photoinduced energy and electron transfer

This thesis reports on the synthesis and characterisation of trans-(M)AB2C meso-substituted porphyrin amino acid esters (PAr) (M = 2H or Zn) with tunable electron donating and electron withdrawing Ar substituents at B positions (Ar = 4-C6H4OnBu, 4-C6H4OMe, 2,4,6-C6H2Me3, 4-C6H4Me, C6H5, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5). These porphyrins were used as key building blocks for photosynthetic LHC (LHC = light-harvesting antenna complex) and RC (RC = reaction center) model compounds.rnBased on free-base or zinc(II) porphyrin amino acid esters and porphyrin acids several amide linked free-base bis(porphyrins) PAr1-PAr2 (Ar1 = 2,4,6-C6H2Me3, C6F5 and Ar2 = 2,4,6-C6H2Me3, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5), mono metallated bis(porphyrin) PAr1-(Zn)PAr2 (Ar1 = 2,4,6-C6H2Me3 and Ar2 =4-C6H4F) and its doubly zincated complexes (Zn)PAr1-(Zn)PAr2 were prepared. In the fluorescence spectra of free-base bis(porphyrins) the porphyrin with the strongest electron donating power of Ar substituents at B positions is the light emitting unity. The emission of mono metallated bis(porphyrin) occurs only from the free-base porphyrin building block. This phenomenon is caused by an efficient energy transfer likely via the Dexter through-bond mechanism.rnLinking of anthraquinone (Q) as electron acceptor (A) to the N-terminus of porphyrin amino acid esters ((M)PAr) and aminoferrocene (Fc) as electron donor (D) to the C-terminus of the porphyrin resulting in Q-(M)PAr-Fc triads (M = 2H or Zn, Ar = 4-C6H4OnBu, 4-C6H4OMe, 2,4,6-C6H2Me3, 4-C6H4Me, C6H5, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5) with tunable electron density at the porphyrin chromophore. In these triads initial oxidative PET (Q←(M)PAr) and reductive PET ((M)PAr→Fc) (PET = photoinduced electron transfer) are possible. Both processes leads to an emission quenching of (M)PAr. The efficiency of the PET pathways occurring in the Marcus normal region is controlled by the specific porphyrin electron density.rnAmide-linked conjugates PAr-Fc (Ar = 2,4,6-C6H2Me3, C6F5) and Fmoc-Fc-PAr1 (N-Fmoc-Fc = N-Fmoc protected 1,1’-ferrocene amino acid; Ar1 = C6H5, 4-C6H4F, 4-C6H4CF3, C6F5) as well as hinges PAr2-Fc-PAr1 (Ar1 = C6H5, 4-C6H4F and Ar2 = 2,4,6-C6H2Me3) were studied with respect to the reductive PET. The PET driving force (−GET) in dyads increases with the increasing electron withdrawing character of Ar substituents. Additionally, intramolecular energy transfer between porphyrins PAr1 and PAr2 is feasible in the hinges via the Förster mechanism.rn

Femtosecond dynamics of DNA-mediated electron transfer

Diverse biophysical and biochemical studies have sought to understand electron transfer (ET) in DNA in part because of its importance to DNA damage and its repair. However, the dynamics and mechanisms of the elementary processes of ET in this medium are not fully understood and have been heavily debated. Two fundamental issues are the distance over which charge is transported and the time-scale on which the transport through the π-stack of the DNA base pairs may occur. With femtosecond resolution, we report direct observation in DNA of ultrafast ET, initiated by excitation of tethered ethidium (E), the intercalated electron acceptor (A); the electron donor (D) is 7-deazaguanine (Z), a modified base, placed at different, fixed distances from A. The ultrafast ET between these reactants in DNA has been observed with time constants of 5 ps and 75 ps and was found to be essentially independent of the D–A separation (10–17 Å). However, the ET efficiency does depend on the D–A distance. The 5-ps decay corresponds to direct ET observed from 7-deazaguanine but not guanine to E. From measurements of orientation anisotropies, we conclude that the slower 75-ps process requires the reorientation of E before ET, similar to E/nucleotide complexes in water. These results reveal the nature of ultrafast ET and its mechanism: in DNA, ET cannot be described as in proteins simply by a phenomenological parameter, β. Instead, the involvement of the base pairs controls the time scale and the degree of coherent transport.