Photochrome Diarylethene haben die einzigartige Eigenschaft, dass ihr pi-Elektronensystem durch den Isomerisierungsprozess stark verändert wird, was zu einer Verschiebung von HOMO und LUMO Niveaus führt. Zur Verwendung von Diarylethenen zur Steuerung von Funktionen, wie katalytische Aktivität, supramolekulare Assoziation oder Ladungstransport, muss die photochrome Baueinheit den spezifischen Anforderungen angepasst und ihre Schalteigenschaften, die Ermüdungsresistenz sowie das Ausmaß der elektronischen Modulation verbessert werden. In dieser Arbeit wird durch systematische Variation der zentralen Komponenten und der terminalen Substituenten eine Serie von elektronisch modulierten Diarylethenen synthetisiert. Durch umfangreiche Untersuchungen zur photochemischen Bildung eines Nebenprodukts, ein Prozess der bei nahezu allen Diarylethenen auftritt, können Strukturen identifiziert werden, die über eine große Zahl von Schaltzyklen ermüdungsresistent sind und gleichzeitig eine hohe strukturelle und synthetische Flexibilität bieten. Weiterhin erlauben bestimmte Substitutions-muster die orthogonale elektro- und photochemische Steuerung des Isomerisierungsprozesses. Durch geeignete strukturelle Modulation wird die Nebenproduktbildung bei der oxidativen Zyklisierungsreaktion unterdrückt und es kann ein Einblick in den zugrunde liegenden Mechanismus erhalten werden. Der Einfluss verschiedener Substitutionsmuster auf das pi Elektronensystem von Diarylethenen wird untersucht und es wird gezeigt, dass HOMO und LUMO Level über einen großen Energiebereich moduliert werden können. Die so erhaltenen elektronisch modulierten Diarylethene werden als aktive Elemente in Licht gesteuerten organischen Dünnschichttransistoren eingesetzt. In einem weiteren Ansatz die schaltbaren elektronischen Änderungen in Diarylethenen zu nutzen, wird ein potentiell katalytisch aktives Guanidin mit der photochromen Einheit gekoppelt, mit dem Ziel einen photoschaltbaren Organokatalysator zu konstruieren. / Photochromic diarylethenes have the unique property that the pi-electronic structure of their molecular backbone significantly alters during the isomerization process, resulting in a marked shift of HOMO and LUMO levels. In order to employ diarylethenes for the reversible light-controlled manipulation of specific functions, such as catalytic activity, association behavior, or charge transport, the photochromic scaffold has to be improved in terms of its switching efficiency, fatigue resistance, and extent of electronic modulation. In this work, a series of diarylethenes is synthesized by systematically varying the constituents of the hexatriene core and the terminal substituents. By the in-depth characterization of the photochemical reaction to a by-product, an ubiquitous phenomenon of diarylethene photochromism, fatigue resistant structures are identified that allow for the reliable operation of the photochrome over many switching cycles and at the same time guarantee a high degree of structural and synthetic flexibility. Furthermore, a distinct substitution pattern is found to enable the orthogonal electro- and photochemically mediated isomerization of diarylethenes. By proper modulation of the structure, the fatigue observed during the oxidative cyclization reaction is minimized and insights into the underlying mechanism are gained. The impact of different substitution patterns on the pi-electronic structure of the diarylethene core is studied and it is shown that HOMO and LUMO levels can be tuned over a broad energy range. The electronically tuned diarylethenes are applied as active building blocks in light-controllable organic thin film transistors. In a second approach to exploit the isomerization induced electronic modulations, a potentially catalytically active guanidine unit is coupled to the diarylethene core in order to construct a photoswitchable organocatalyst.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Bildung von Methoxygruppen auf als Modellkatalysatoren dienenden V2O3(0001)- und V2O5(001)-Oberflächen untersucht. Dieses ist ein Zwischenschritt einer industriell bedeutsamen Reaktion, der oxidativen Dehydrierung von Methanol zu Formaldehyd.Unter typischen UHV-Bedingungen wird die V2O3(0001)-Oberfläche von Vanadylgruppen und die V2O5(001)-Oberfläche von Doppelreihen aus Vanadylgruppen terminiert. Die Sauerstoffatome dieser Vanadylgruppen können durch Elektronenstrahlen entfernt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, den Grad der Oberflächenreduktion durch die Elektronenstrahldosis zu variieren. Vanadylterminierte V2O3(0001)-Oberflächen sind unreaktiv im Hinblick auf die partielle Oxidation von Methanol. Die höchste Reaktivität weist eine nur schwach reduzierte Oberfläche auf. Details der Methanoladsorption sind mittels STM untersucht worden. Dabei wurde herausgefunden, dass n elektronenstrahl-induzierte Defekte zu 2n Methoxygruppen führen. Diese zusätzlichen Adsorptionsplätze werden durch desorbierendes Wasser, welches aus miteinander kombinierenden Hydroxygruppen entsteht, gebildet.Defektfreie V2O5(001)-Oberflächen sind ebenso inaktiv bezüglich der Formaldehydproduktion. Die höchste Reaktivität wurde wiederum für eine nur schwach reduzierte Oberfläche gefunden. Durch die gleichzeitige Desorption von rekombiniertem Methanol und Wasser sind bei Raumtemperatur nicht alle Defekte belegt, woraus sich eine geringere Menge Formaldehyd, verglichen mit V2O3,ergibt. Dosiert man eine große Menge Methanol bei Raumtemperatur, ist dieses nicht der Fall. Methoxygruppen werden auf der Oberfläche erst stabilisiert, wenn der Wasserstoff in Form von Wasser desorbiert ist. Daraus resultiert eine Zeitabhängigkeit der Methoxybedeckung, die durch kinetische Modelle gut reproduziert werden kann. / The formation of methoxy groups, which is an intermediate step in the oxidative dehydrogenation of methanol to formaldehyde has been investigated on the surface of two model catalysts, V2O3(0001) and V2O5(001).Under typical UHV-conditions a layer of vanadyl groups terminates the V2O3 films whereas the V2O5 films are terminated by double rows of vanadyl groups. The oxygen atoms of the vanadyl groups can be removed by electron irradiation. The applied dose controls the degree of reduction. Vanadyl terminated V2O3(0001) surfaces were found to be unreactive towards the partial oxidation of methanol. The highest reactivity is observed for a partial vanadium termination. Details of the surface reaction were investigated with STM. It was found that n electron induced surface defects lead to the formation of 2n methoxy groups. The additional adsorption sites were created by water desorption, which is formed by the combination of hydroxy groups. Defect free V2O5(001) films were also shown to be inactive for formalde-hyde production. The highest reactivity is found for a partially reduced surface. But here the simultaneous formation of methanol and water via recombination is a likely process. This leads to a decrease of the surface methoxy coverage. At room temperature not all reactive defects are covered which gives a relatively low formaldehyde yield. Dosing a relatively large dose of methanol at room temperature leads to an almost full coverage of the defects and to a higher formaldehyde yield. The way to stabilize methoxy up to the formaldehyde formation temperature is removal of hydrogen out of the system by water formation. This competes with methanol formation for hydrogen atoms. These processes lead to a certain time dependence of the methoxy concentration, which could be well reproduced with kinetic modelling.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Methode der Synchrotronröntgenaktivierung entwickelt, um Edelmetallpartikel in Natron-Kalk-Silicatgläsern zu erzeugen. Diese Photoaktivierung ermöglichte es, den Nukleations- vom Wachstumsprozess der Metallteilchen zu trennen und somit sehr kleine Partikel und die Frühstadien des Wachstumsprozesses zu identifizieren. Die Gläser wurden mit Photolumineszenz-, UV-Vis-Absorptions-, EPR-, SAXS- sowie XANES-Spektroskopie untersucht. So konnten in synchrotronaktivierten Gold-dotierten Gläsern Golddimere nachgewiesen werden. Die thermische Behandlung bei 550°C führte über eine heterogene Nukleation zum Wachstum von Goldnanopartikeln. Als Modell für das Nukleationszentrum wurde das an eine Silanolateinheit gebundene Golddimer entwickelt. In synchrotronaktivierten Silber-dotierten Gläsern bildeten sich zunächst Silberatome. Während das Tempern bei 300°C zur Entstehung kleiner lumineszierender Silberteilchen führte, induzierte die thermische Behandlung bei 500°C das Wachstum von Silbernanopartikeln. Die Frühstadien des Gold- und Silberpartikelwachstums wurden als effiziente Donoren in Photolumineszenz-Energietransferprozessen identifiziert. Durch die Anwendung eines Sol-Gel-Spin-Coating-Verfahrens konnten Gold-dotierte Silicat-Titanat-Glasschichten mit einer Goldkonzentration von bis zu 20 mol% hergestellt werden. Die Goldnanopartikel, welche durch Tempern bei 300°C erzeugt wurden, waren durch eine dreiphotonisch induzierte nichtlineare Lumineszenz charakterisiert. Weiterhin konnte die Methode der Titan:Saphir-Laseraktivierung entwickelt und damit Goldnanopartikel-haltige, nanometergroße Strukturen in die Glasschichten geschrieben werden. TEM- und REM-Studien haben gezeigt, dass die Goldnanopartikel nicht nur in die Glasschicht eingebettet sind, sondern sich auch auf der Oberfläche befinden. Die Zugänglichkeit gegenüber Biomolekülen konnte durch den Nachweis der Oberflächen-verstärkten Ramanstreuung adsorbierter Adeninmoleküle bewiesen werden. / Within this work, the technique of synchrotron X-ray activation has been developed to generate noble metal particles in soda-lime silicate glasses. The photoactivation has enabled the separation of nucleation and growth of noble metal particles. Thus, very small particles and the early stages of the cluster growth process could be identified. The glasses have been characterized by photoluminescence, UV-Vis absorption, EPR, SAXS and XANES spectroscopy. As a result, gold dimers could be identified in synchrotron activated gold-doped glasses. Thermal annealing at 550°C has induced the growth of gold nanoparticles by heterogeneous nucleation. As a model for the nucleation center a gold dimer bound to a silanolate center has been suggested. In contrast to gold, in synchrotron activated silver-doped glasses non-luminescent silver atoms have been generated. Annealing at 300°C has induced the growth of small luminescent silver particles. After a thermal treatment at a higher temperature of 500°C silver nanoparticles have been generated. The early stages of the gold and silver cluster growth process have been identified as efficient donators in photoluminescence energy transfer processes. An unprecedented increase of the gold amount of up to 20 mol% has been achieved by the preparation of ultrathin silicate-titanate layers with a sol-gel spin-coating approach. The nonlinear photoluminescence of the gold nanoparticles generated by annealing at 300°C could be excited by a three-photon induced process. Furthermore, the technique of titanium:sapphire laser activation has been developed to write nanometer-sized patterns containing gold nanoparticles into the glassy layers. TEM and SEM studies have shown that the gold nanoparticles are not only embedded within the thin films, but are also located on top of the glassy layers. Their accessibility to biological molecules has been proven by determining the surface-enhanced Raman scattering of adsorbed adenine molecules.

Die markierungsfreie Detektion von molekularen Wechselwirkungen mittels Feldeffekt-basierter Sensoren ist eine vielversprechende Strategie zur Entwicklung einer neuen Generati-on von Biochips mit direkter elektrischer Auslesung und somit geeignet für schnelle, einfache und kostengünstige Analysen. In dieser Arbeit wurde als Transducer eine kapazitive Elektrolyt-Isolator-Silizium- (EIS) Struktur zur markierungsfreien elektrischen Detektion geladener Makromoleküle anhand ihrer intrinsischen Ladung verwendet. Als Modellsystem für die Untersuchung der im EIS-Sensor durch die Ausbildung „planarer“ bzw. „brush“-ähnlicher Molekülschichten induzierten Effekte wurden Polyelektrolyt-Multischichten (PEM) bzw. DNA-Moleküle verwendet. Die Adsorption der positiv und negativ geladenen Polyelektrolyt-Schichten an die Sensor-Oberfläche, sowie der Einfluss der Polyelektrolyt-Konzentration, der Ionenstärke und der Art des Elektrolyten auf das EIS-Signal wurden elektrochemisch untersucht. Zusätzlich wurde die Ausbildung der PEM physikalisch unter Verwendung eines Rasterkraftmikroskopes und der Ellipsometrie charakterisiert. Basierend auf Silizium-Isolator-Silizium-Strukturen wurde zum ersten Mal ein Mikroarray mit „Nanoplate“ EIS-Sensoren entwickelt, die alle auf einem einzigen Chip integriert waren. Dies ermöglicht mittels differenzieller Messanordnungen eine verlässliche Detektion der DNA-Hybridisierung bzw. -Denaturierung. Die Eigenschaften des Biosensors wurden durch Verwendung von Gold-Nanopartikeln für die Immobilisierung der DNA auf der Sensorober-fläche sowie durch eine niedrige Salzkonzentration im Messpuffer entscheidend verbessert. Die Ergebnisse dieser neuen Vorgehensweise wurden mittels Fluoreszenz-Mikroskopie vali-diert. Darüber hinaus wurde ein elektrostatisches Modell für einen EIS-Sensor mit einer „planaren“ und einen weiteren, mit „brush“-ähnlicher Molekularschicht entwickelt. Das Modell prognos-tiziert eine starke Abhängigkeit der Sensorsignalstärke von der Elektrolytkonzentration, der Ladungsdichte auf der Oberfläche und dem Abstand zwischen geladener Schicht und Sensor-oberfläche. Die Prognosen stimmten durchweg gut mit den experimentellen Ergebnissen überein. / Label-free detection of molecular interactions utilizing field-effect devices is one of the most attractive approaches for a new generation of biochips with direct electrical readout for a fast, simple and cost-effective analysis. In this study, a capacitive electrolyte-insulator-semiconductor (EIS) structure was used as transducer for the label-free electrical detection of charged macromolecules via their intrinsic charge. Polyelectrolyte multilayers (PEM) and DNA molecules were utilized as model systems to study the charge effects induced in EIS sensors by the formation of “planar”- and “brush”-like molecular layers, respectively. The layer-by-layer adsorption of positively and negatively charged polyelectrolyte (PE) layers onto the sensor surface as well as the influence of PE concentration, ionic strength and type of the applied electrolyte on the EIS sensor signal was electrochemically studied. In addition, the PEMs build-up was physically characterized using atomic force microscopy, scanning electron microscopy and ellipsometry. An array of on-chip integrated nanoplate EIS sensors based on a silicon-on-insulator structure was developed for the first time, enabling the reliable detection of DNA hybridiza-tion/denaturation in a differential measurement setup. Enhanced DNA biosensor characteris-tics were achieved by the immobilization of DNA molecules on the sensor surface via Au-nanoparticles and used low-concentrated buffer solution for the measurements. The results of this novel approach were validated by means of the fluorescence microscopy method. Furthermore, an electrostatic model for an EIS sensor modified with “planar”- and “brush”-like molecular layers was developed. The model predicts a strong dependence of the sensor signal on the electrolyte concentration, surface charge density and the distance between the charged layer and the sensor surface. This is consistently agreeing with the experimental re-sults.

Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines Twinribozyms, das durch zweifache Spaltung und anschließende zweifache Ligation den Fragmentaustausch innerhalb einer RNA-Substratsequenz katalysiert. Als Basis für dieses Konzept diente das Hairpinribozym, das durch die Einführung einer zusätzlichen Helix derart verändert wurde, dass die Verknüpfung zweier Einheiten in einem Twinribozym möglich wurde. Weitere Sequenz- und Strukturoptimierung führte zu zwei Einzelmotiven mit hoher Substratselektivität und verbesserter Kofaktorakzeptanz. Durch die Verwendung von 5-Benzylmercapto-1H-tetrazol als Aktivator beim Standard-Phosphoramidit-Verfahren konnte die chemische RNA-Synthese in einem Umfang verbessert werden, der die Synthese eines Twinribozyms mit einer Länge von 141 Nukleotiden und beidseitiger Spaltaktivität erlaubte. Auf enzymatischem Weg wurde ein Twinribozym HP-TW5 synthetisiert, das aus einem 45-mer RNA-Substrat ein 16-mer Fragment herausschneidet und durch ein 20-mer Reparaturfragment ersetzt. Das nach Ligation in bis zu 30 % Ausbeute entstandene 49-mer Produkt wurde durch Sequenzanalyse eindeutig nachgewiesen. Auf diese Weise konnte die Reparatur einer Deletionsmutation in einer Modellreaktion erfolgreich durchgeführt werden. Die Twinribozym-vermittelte RNA-Reparatur bietet damit einen neuartigen Zugang zu gentherapeutischen Anwendungen. / Aim of this work was the development of a twin ribozyme that catalyses the fragment exchange within a RNA substrate sequence by twofold cleavage and subsequent twofold ligation. The hairpin ribozyme, serving as basis for this concept, was changed by introduction of an additional helix in a way, that connection of two units in a twin ribozyme became possible. Further sequence and structure optimization led to two different motifs with high substrate selectivity and improved activity under different cofactor conditions. By application of 5-Benzylmercapto-1H-tetrazole as activator in the standard phosphoramidite method, chemical RNA synthesis could be highly improved, allowing synthesis of a Twinribozyme with a length of 141 nucleotides and cleavage activity of both units. The enzymatically synthesised twin ribozyme HP-TW5 was used to cut out a 16-mer fragment from a 45-mer RNA substrate and replace it with a 20-mer repair fragment. The chemical identity of the 49-mer repair product, resulting from ligation in up to 30 percent yield, was proven by sequence analysis. With this model reaction, the repair of a deletion mutation could be successfully demonstrated. Twin ribozyme-mediated RNA-repair offers access to new applications in gene therapy.

Das Wachstum makroskopischen und einlagigen Graphens und dessen Implementierung in großflächige Bauelementen ist von großem Interesse. Großflächiges Graphen wird mit Hilfe eines optimierten CVD-Prozesses auf polykristalliner Kupferfolie bei hohen Temperaturen gewachsen und durch einen eigens entwickelten Transferprozess auf geeignete Substrate transferiert. Transmissionsspektroskopische Untersuchungen zeigen, dass sich die hergestellten Graphenschichten im Wellenlängenbereich von 450-800 nm durch eine Transmission auszeichnen, die nicht wesentlich von 97.6% abweicht. NEXAFS-, XPS und Raman-Experimente belegen, dass die sp2-Hybridstruktur des Graphens arm an Defekten ist. Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Graphen und Kupfer, wird großflächiges Graphen während des Abkühlprozesses biaxial und kompressiv verspannt. Unter Verwendung von AFM- und Raman-Experimenten werden der Mechanismus des schrittweisen Verspannungsabbaus vollständig aufgeklärt und die Teil- sowie Restverspannungen quantifiziert. Interessanterweise führt der erste Schritt des Verspannungsabbaus während des Abkühlprozesses zur Ausbildung einer ausgeprägten Rillenstruktur auf der Cu-Substratoberfläche und zum Aufwerfen von Graphenfalten. Die Relaxation weiterer Verspannung während des Graphentransfers vom Cu-Wachstumssubstrat auf SiO2-bedecktes Si führt zu einer Frequenzverschiebung der 2D Phonon-Mode um -27 cm-1. Hall-Effekt-Messungen einer 8x8 mm2 großen Graphenschicht auf Corning Eagle Borosilikatglas zeigen eine Ladungsträgerbeweglichkeit von 2070 cm2 V-1 s-1 im Graphen. Weiterhin ergeben diese Messungen eine Lochkonzentration von 3.6E12 cm-2 in diesen Schichten. Der durch Raman-Experimente gezeigte Erhalt der Graphenstruktur nach Bedeckung mit kristallinem Si, weckt Erwartungen, Graphen zukünftig beispielsweise als vergrabenen Frontkontakt in flüssigphasenkristalliserten Dünnschichtsolarzellen in Superstratkonfiguration implementieren zu können. / The growth of macroscopic single-layer graphene and its implementation in large-area electronic devices is of major interest. Large area graphene is grown by an optimized CVD-process on polycrystalline copper foil and transferred to suitable substrates by a self-developed transfer process. Transmission-spectroscopic investigations indicate that the manufactured graphene exhibits almost constant transmission of 97.6 % between 450-800 nm. NEXAFS-, XPS-, as well as Raman experiments were conducted to demonstrate the low defect density in the sp2 hybrid structure of the manufactured graphene. Large internal biaxial compressive strain is introduced in graphene due to the thermal expansion mismatch between graphene and copper. The mechanism of the stepwise strain relaxation is fully revealed by AFM and Raman measurement techniques. The remaining strain in the material is thoroughly quantified. Interestingly, the first step of the strain relaxation process results in a pronounced ripple structure on the Cu substrate and in graphene wrinkle formation. Removing graphene from the Cu substrate and transferring it to SiO2 results in a shift of the 2D phonon mode by 27cm-1 to lower frequencies. Hall effect measurements of an 8x8mm2 graphene layer on corning eagle borosilicate glass exhibit a charge carrier mobility of 2070 cm2 V-1 s-1 at hole concentrations of 3.6E12 cm-2, respectively. Expectations for further applications in liquid phase crystallized superstrate thin film solar cells are raised by the retention of the basic structure of graphene after burial under crystalline Si.

Selektivität zu erreichen ist eines der Hauptziele der Chemie. In der Katalyse wird allgemein von einem engen Zusammenhang zwischen der Selektivität und der Katalysatorstruktur ausgegangen - allerdings erschwert die komplexe mikroskopische Struktur realer Katalysatoren ein tiefergehendes Verständnis; daher wird versucht, weitergehende Erkenntnisse an strukturell vereinfachten Materialien zu gewinnen. Für diese Arbeit wurde hierzu ein Pd/Fe3O4-Modellkatalysator verwendet. Auf diesem System wurde die Selektivität in zwei katalytische Modellreaktionen untersucht. Die Reaktantenexposition erfolgte dabei über Molekularstrahlen im Hochvakuum, und die Reaktionsraten wurden massenspektrometrisch gemessen; Adsorbate wurden IR-spektroskopisch detektiert. - Zersetzung von Methanol: Es wird gezeigt, dass Methanol auf dem Oxid Fe3O4 sehr selektiv durch Reaktion mit Oberflächensauerstoff (Mars-van-Krevelen-Mechanismus) zu Formaldehyd und Wasser dehydrogeniert wird. Auf Pd-Metall zersetzt sich Methanol im wesentlichen sehr schnell zu Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff (bzw. zu Kohlenstoffablagerungen in einer Nebenreaktion). Es werden Experimente gezeigt, die darauf hindeuten, dass Diffusion von oxidgebundenem Methanol/Methoxy auf die Pd-Metallpartikel signifikant zur Gesamtaktivität des Modellkatalysators beiträgt. - Umsetzung von 2-Buten mit Deuterium: Zunächst wird gezeigt, dass die Erzielung katalytischer Aktivität kritisch von der dissoziativen Adsorption des Reaktanden Deuterium abhängt, die durch Kohlenwasserstoffadsorbate stark inhibiert wird; es war allerdings möglich, diese Limitierung experimentell zu umgehen. Darüberhinaus wird gezeigt, dass die Hydrierungsreaktion durch die Anwesenheit stark zersetzter Kohlenwasserstoffablagerungen selektiv induziert werden kann, während die alternative Reaktion (H/D-Austausch/Isomerisierung) auch in Abwesenheit dieser Spezies abläuft; mögliche Erklärungsmodelle werden diskutiert. Schließlich wird die mögliche Ursache für die unter bestimmten Reaktionsbedingungen beobachteten unterschiedlichen Reaktionsraten mit cis- und trans-2-Buten als Reaktanten diskutiert. / The achievement of selectivity is one of the main objectives in chemistry. For catalysis, selectivity is generally seen to be closely linked with catalyst structure; the complex microscopic structure of real catalysts, however, obstructs to obtain a deeper understanding; for this reason, structurally simplified materials are studied. For the current work, studies have been conducted on a Pd/Fe3O4 model catayst. On this system, the selectivity in two catalytic reactions has been examined. The exposure of the reactants was effected by molecular beams in high vacuum, and the reaction rates have been measured mass spectrometrically; additionally, adsorbates were detected by IR-spectroscopy. - Decomposition of Methanol: It is shown that on the oxide Fe3O4 methanol is dehydrogenated very selectively to formaldehyde and water by reaction with surface oxygen of the oxide (Mars-van-Krevelen mechanism). On Pd metal it is mainly decomposed very quickly to carbon monoxide and hydrogen (and, in a side reaction, to carbonaceous deposits). Experiments are shown indicating that the diffusion of oxide-related methanol and methoxy to the Pd metal-particles contributes significantly to the overall activity of the model catalyst. - Conversion of 2-Butene with Deuterium: At first it is shown that the catalytic activity depends critically on the dissociative adsorption of the reactant deuterium, which is strongly inhibited by hydrocarbon adsorbates; it was, however, possible to overcome this limitation experimentally. In addition, it is shown that the hydrogenation reaction can be selectively induced in the presence of strongly dehydrogenated carbonaceous deposits, whereas the alternative reaction (H/D-exchange/isomerisation) can proceed also without the presence of those species; possible models for explanation are discussed. Finally, the possible origin of the different reaction rates with cis- and trans-2-butene that were observed only under certain reaction conditions is discussed.

Interkalatorfarbstoffe wie Thiazolorange (TO) wurden an Stelle einer internen Nucleobase in PNA eingebaut. Solche Konjugate werden als FIT-Sonden (Forced Intercalation of Thiazole Orange) bezeichnet. Bei Hybridisierung interkaliert Thiazolorange in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem mismatch Basenpaar in einen PNA·DNA-Duplex . Diese Arbeit befasste sich zunächst mit der Entwicklung einer linearen Strategie für die Festphasensynthese von PNA. Um den Einfluss der stacking- und pairing-Partner von Thiazolorange auf Stabilität und optische Eigenschaften der entsprechenden PNA•DNA-Duplexe zu untersuchen, wurden sowohl N-terminal (x) als auch C-terminal (y) benachbarte. Basen von TO in Aeg-TO- und D-Orn-TO-Oligomeren variiert. Die durchgeführten Studien belegen, dass das Thiazolorange-Basensurrogat seine Fluoreszenzintensität bei Hybridisierung am stärksten ändert, wenn es von zwei Adenin-Bausteinen flankiert wird. In Light-up-Sonden ist TO über einen flexiblen Linker mit dem N-oder C-Terminus des Oligomers verbunden, in FIT-Sonden ist eine Base durch TO ersetzt. Beide Varianten wurde in Hybridisierungsexperimenten miteinander verglichen. / Intercalator dyes such as thiazole orange have been linked into PNA by replacing an internal nucleobase. In these conjugates the DNA stain thiazole orange (TO) was forced to intercalate next to mismatched base pairs in a PNA•DNA duplex. These conjugates were named as FIT (Forced Intercalation of Thiazole orange) probes and are used to find single base mutation. This work was first concerned with the development of a linear strategy for the solid-phase synthesis of FIT-PNA. To explore the influence of thiazole orange stacking and pairing partners on stability and optical properties of duplexes the N’-terminal (x) and C’-terminal (y) bases of thiazole orange environment were varied for both Aeg-TO and D-Orn-TO containing oligomers. The above studies showed that the fluorescence of the thiazole orange base surrogate is most responsive to hybridisation when TO is flanked by adenine-adenine. The influence of the different attachment modes was explored by the hybridization experiments.

Die heterogene Katalyse spielt in der industriellen chemischen Synthese sowie in umwelttechnischen Prozessen eine herausragende Rolle. Viele Katalysatoren zeichnen sich durch eine hohe strukturelle Komplexität aus, welche ein detailliertes Verständnis von entscheidenden Parametern sowie zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen meist verhindert. Daher ist die Untersuchung von geeigneten Modellsystemen unerlässlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein dünner, kristalliner Aluminiumoxid-Film auf NiAl(110) mittels Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) bei 5K untersucht. Dieser Film konnte bereits in zahlreichen Studien als Modell für Alumi-niumoxid-Trägermaterialien etabliert werden, obwohl seine atomare Struktur nicht bekannt war. Hier wurden nun atomar aufgelöste STM-Bilder des Films aufgenommen, die sich später verschiedenen Lagen des Films zugeordnen ließen. Ferner konnten Antiphasendomänengrenzen (APDB), d.h. regelmäßig auftretende Liniendefekte des Oxidfilms, mit STM und STS charakterisiert werden. Es gelang somit, deren elektronische und geometrische Struktur zu korrelieren. Im zweiten Teil der Arbeit wurde das Adsorptionsverhalten des Aluminiumoxid-Films gegenüber einzelnen Au-Atomen untersucht. Nach der Präparartion waren Au-Monomere, Dimere und kleine Cluster auf der Oberfläche vorhanden, die mit STM und STS untersucht wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass das NiAl(110)-Substrat an der Bindung von Au-Atomen auf dem Oxid-Film beteiligt ist, und dass dünne Filme offenbar ein anderes Adsorptionsverhalten aufweisen können als die entsprechenden Bulk-Oxide. Im dritten Teil dieser Arbeit wurden die Eigenschaften von Metall-Clustern (Ag, Pd) auf dem Aluminiumoxid-Film in Abhängigkeit von ihrer Größe untersucht. Leitfähigkeits-Spektren zeigen eine charakteristische Signatur, die am besten mit einer Coulomb-Blockade erklärt werden kann. Somit reflektieren die Spektren eher Eigenschaften des Tunnelkontakts als intrinsische Cluster-Eigenschaften. / Heterogeneous catalysis plays an important role in industrial synthesis and in environmental chemistry. Due the difficulties related with the investigation of working catalysts, the study of well-defined model systems is very important to gain a fundamental understanding of the principles and reaction mechanisms. Within the scope of this work, a well-ordered, thin alumina film on NiAl(110) has been investigated by scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) at 5K. This film was established as model for bulk alumina supports in previous studies, though its exact structure remained unknown. Here, atomically resolved STM images of the film have been obtained, which could later be assigned to distinct atomic layers. Furthermore, anitiphase domain boundaries (APDB), regularly appearing line defects in the oxide film, were characterized by STM and STS. These studies provide a detailed understanding of how their geometric and electronic structure are related. The second part of this thesis addressed the adsorption behavior of the alumina film toward single Au atoms. The sample preparation yielded Au monomers, dimers and small clusters on the surface, which were investigated with STM and STS. Accordingly, the NiAl(110) substrate participates in the binding of Au atoms, demonstrating that adsorption properties of thin oxide films can deviate significantly from bulk oxides, whereby the metal adatom seems to play an important role. The third part of this work presents size-dependent STM/STS studies on metal clusters (Ag, Pd) deposited onto alumina/NiAl(110). Conductance spectra reveal a distinct signature, which can be explained by a Coulomb blockade effect. Another interpretation based on quantized electronic levels, is also discussed, but cannot account for all experimental findings. Thus, the spectroscopic data reflect most likely no intrinsic properties of the metal clusters but are due to the specific behavior of a double-barrier tunneling junction.

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