Ex situ X-­Ray absorption study of Li-­rich layered cathode material Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2

The Li-rich layered transition metal oxides (LLOs) Li2MnO3-LiMO2 (M=Mn, Co, Ni, etc.) have drawn considerable attention as cathode materials for rechargeable lithium batteries. They generate large reversible capacities but the fundamental reaction mechanism and structural perturbations during cycling remain controversial. In the present thesis, ex situ X-ray absorption spectroscopy (XAS) measurements were performed on Li[Li0.2Mn0.56Ni0.16Co0.08]O2 at different stage of charge during electrochemical oxidation/reduction. K-edge spectra of Co, Mn and Ni were recorded through a voltage range of 3.7-4.8V vs. Li/Li+, which consist of X-ray absorption near edge structure (XANES) and extended X-ray absorption fine structure (EXAFS). Oxidation states during initial charge were discussed based on values from literature as well as XANES analysis. Information about bond distance, coordination number as well as corresponding Debye-Waller factor were extracted from Gnxas analysis of raw data in the EXAFS region. The possibility of oxygen participation in the initial charge was discussed. Co and Ni prove to take part in the oxidation/reduction process while Mn remain in the tetravalent state. The cathode material appears to retain good structural short-range order during charge-discharge. A resemblance of the pristine sample and sample 4 was discovered which was firstly reported for similar compounds.

The sensitivity of the photostationary state of NOx and its implication for the oxidation capacity in a semi-rural and boreal forest region

Für das Vermögen der Atmosphäre sich selbst zu reinigen spielen Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) eine bedeutende Rolle. Diese Spurengase bestimmen die photochemische Produktion von Ozon (O3) und beeinflussen das Vorkommen von Hydroxyl- (OH) und Nitrat-Radikalen (NO3). Wenn tagsüber ausreichend Solarstrahlung und Ozon vorherrschen, stehen NO und NO2 in einem schnellen photochemischen Gleichgewicht, dem „Photostationären Gleichgewichtszustand“ (engl.: photostationary state). Die Summe von NO und NO2 wird deshalb als NOx zusammengefasst. Vorhergehende Studien zum photostationären Gleichgewichtszustand von NOx umfassen Messungen an unterschiedlichsten Orten, angefangen bei Städten (geprägt von starken Luftverschmutzungen), bis hin zu abgeschiedenen Regionen (geprägt von geringeren Luftverschmutzungen). Während der photochemische Kreislauf von NO und NO2 unter Bedingungen erhöhter NOx-Konzentrationen grundlegend verstanden ist, gibt es in ländlicheren und entlegenen Regionen, welche geprägt sind von niedrigeren NOx-Konzetrationen, signifikante Lücken im Verständnis der zugrundeliegenden Zyklierungsprozesse. Diese Lücken könnten durch messtechnische NO2-Interferenzen bedingt sein - insbesondere bei indirekten Nachweismethoden, welche von Artefakten beeinflusst sein können. Bei sehr niedrigen NOx-Konzentrationen und wenn messtechnische NO2-Interferenzen ausgeschlossen werden können, wird häufig geschlussfolgert, dass diese Verständnislücken mit der Existenz eines „unbekannten Oxidationsmittels“ (engl.: unknown oxidant) verknüpft ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird der photostationäre Gleichgewichtszustand von NOx analysiert, mit dem Ziel die potenzielle Existenz bislang unbekannter Prozesse zu untersuchen. Ein Gasanalysator für die direkte Messung von atmosphärischem NO¬2 mittels laserinduzierter Fluoreszenzmesstechnik (engl. LIF – laser induced fluorescence), GANDALF, wurde neu entwickelt und während der Messkampagne PARADE 2011 erstmals für Feldmessungen eingesetzt. Die Messungen im Rahmen von PARADE wurden im Sommer 2011 in einem ländlich geprägten Gebiet in Deutschland durchgeführt. Umfangreiche NO2-Messungen unter Verwendung unterschiedlicher Messtechniken (DOAS, CLD und CRD) ermöglichten einen ausführlichen und erfolgreichen Vergleich von GANDALF mit den übrigen NO2-Messtechniken. Weitere relevante Spurengase und meteorologische Parameter wurden gemessen, um den photostationären Zustand von NOx, basierend auf den NO2-Messungen mit GANDALF in dieser Umgebung zu untersuchen. Während PARADE wurden moderate NOx Mischungsverhältnisse an der Messstelle beobachtet (10^2 - 10^4 pptv). Mischungsverhältnisse biogener flüchtige Kohlenwasserstoffverbindungen (BVOC, engl.: biogenic volatile organic compounds) aus dem umgebenden Wald (hauptsächlich Nadelwald) lagen in der Größenordnung 10^2 pptv vor. Die Charakteristiken des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx bei niedrigen NOx-Mischungsverhältnissen (10 - 10^3 pptv) wurde für eine weitere Messstelle in einem borealen Waldgebiet während der Messkampagne HUMPPA-COPEC 2010 untersucht. HUMPPA–COPEC–2010 wurde im Sommer 2010 in der SMEARII-Station in Hyytiälä, Süd-Finnland, durchgeführt. Die charakteristischen Eigenschaften des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx in den beiden Waldgebieten werden in dieser Arbeit verglichen. Des Weiteren ermöglicht der umfangreiche Datensatz - dieser beinhaltet Messungen von relevanten Spurengasen für die Radikalchemie (OH, HO2), sowie der totalen OH-Reaktivität – das aktuelle Verständnis bezüglich der NOx-Photochemie unter Verwendung von einem Boxmodell, in welches die gemessenen Daten als Randbedingungen eingehen, zu überprüfen und zu verbessern. Während NOx-Konzentrationen in HUMPPA-COPEC 2010 niedriger sind, im Vergleich zu PARADE 2011 und BVOC-Konzentrationen höher, sind die Zyklierungsprozesse von NO und NO2 in beiden Fällen grundlegend verstanden. Die Analyse des photostationären Gleichgewichtszustandes von NOx für die beiden stark unterschiedlichen Messstandorte zeigt auf, dass potenziell unbekannte Prozesse in keinem der beiden Fälle vorhanden sind. Die aktuelle Darstellung der NOx-Chemie wurde für HUMPPA-COPEC 2010 unter Verwendung des chemischen Mechanismus MIM3* simuliert. Die Ergebnisse der Simulation sind konsistent mit den Berechnungen basierend auf dem photostationären Gleichgewichtszustand von NOx.

Targeted alpha-radionuclide therapy of functionally critically located gliomas with 213Bi-DOTA-[Thi8,Met(O2)11]-substance P: a pilot trial

Functionally critically located gliomas represent a challenging subgroup of intrinsic brain neoplasms. Standard therapeutic recommendations often cannot be applied, because radical treatment and preservation of neurological function are contrary goals. The successful targeting of gliomas with locally injected beta radiation-emitting (90)Y-DOTAGA-substance P has been shown previously. However, in critically located tumours, the mean tissue range of 5 mm of (90)Y may seriously damage adjacent brain areas. In contrast, the alpha radiation-emitting radionuclide (213)Bi with a mean tissue range of 81 microm may have a more favourable toxicity profile. Therefore, we evaluated locally injected (213)Bi-DOTA-substance P in patients with critically located gliomas as the primary therapeutic modality.

Diffusive equilibration of N2, O2 and CO2 mixing ratios in a 1.5-million-years-old ice core

In the framework of the International Partnerships in Ice Core Sciences, one of the most important targets is to retrieve an Antarctic ice core that extends over the last 1.5 million years (i.e. an ice core that enters the climate era when glacial–interglacial cycles followed the obliquity cycles of the earth). In such an ice core the annual layers of the oldest ice would be thinned by a factor of about 100 and the climatic information of a 10 000 yr interval would be contained in less than 1 m of ice. The gas record in such an Antarctic ice core can potentially reveal the role of greenhouse gas forcing on these 40 000 yr cycles. However, besides the extreme thinning of the annual layers, also the long residence time of the trapped air in the ice and the relatively high ice temperatures near the bedrock favour diffusive exchanges. To investigate the changes in the O2 / N2 ratio, as well as the trapped CO2 concentrations, we modelled the diffusive exchange of the trapped gases O2, N2 and CO2 along the vertical axis. However, the boundary conditions of a potential drilling site are not yet well constrained and the uncertainties in the permeation coefficients of the air constituents in the ice are large. In our simulations, we have set the drill site ice thickness at 2700 m and the bedrock ice temperature at 5–10 K below the ice pressure melting point. Using these conditions and including all further uncertainties associated with the drill site and the permeation coefficients, the results suggest that in the oldest ice the precessional variations in the O2 / N2 ratio will be damped by 50–100%, whereas CO2 concentration changes associated with glacial–interglacial variations will likely be conserved (simulated damping 5%). If the precessional O2 / N2 signal will have disappeared completely in this future ice core, orbital tuning of the ice-core age scale will be limited.

New Data on Welshite, e.g. Ca2Mg3.8Mn0.62+Fe0.12+Sb1.55+O2 [Si2.8Be1.7Fe0.653+Al0.7As0.17O18], an Aenigmatite-Group Mineral

Electron and ion microprobe data on two samples of welshite from the type locality of Langban, Sweden, gave analytical totals of 99.38-99.57 wt.% and BeO contents of 4.82-5.11 wt.%, corresponding to 1.692-1.773 Be/20 O. Mossbauer and optical spectra of one of these samples gave Fe-[iv](3+)/Sigma Fe = 0.91, Fe-[iv](2+)/Sigma Fe = 0.09, and no evidence of Mn3+. The resulting formula for this sample is Ca2Mg3.8Mn0.62+Fe0.12+Sb1.55+O2[Si2.8Be1.7Fe0.653+Al0.7As0.17O18], and that for the second sample, Ca2Mg3.8Mn0.12+Fe0.12+F0.83+Sb1.25+O2[Si2.8Be1.8F0.653+Al0.25As0.25O18], is related by the substitution involving tetrahedral and octahedral sites: 0.59([vi,iv])(Fe,Al)(3+) approximate to 0.42([vi])(Mg,Mn,Fe)(2+) + 0.21(Sb-[vi],As-[iv])(5+), i.e. 3([vi,iv]) M3+ = 2([vi])M(2+) + M-[vi,iv](5+). WelShite is distinctive among aenigmatite-group minerals in the high proportion of Fe 3+ in tetrahedral coordination and is unique in its Be content, substantially exceeding 1Be per formula unit. Given the cation distributions in other minerals related to aenigmatite, we think it is reasonable to assume that at least one tetrahedral site is >50% occupied by Be and that one octahedral site is >50% occupied by Sb, so that welshite should be retained as a distinct species with its own name in the aenigmatite group.