Au cours de ce travail de thèse, nous avons montré le rôle du ligand organique pour moduler les propriétés électroniques de complexes de métaux de transition mono- et polynucléaires.<br />La première partie de ce travail étudie tout d'abord l'influence des effets électroniques (donneurs et accepteurs) des ligands chélatants sur les propriétés électrochimiques de complexes mononucléaires de Fe(III). Nous avons également montré qu'il est possible de moduler les propriétés optiques de complexes polynucléaires à valence mixte FeIIBS(FeIIIHS)x (x = 4 et 6). Enfin, un modèle a été proposé pour expliquer l'origine de l'interaction ferromagnétique au sein d'un des premiers composés de la chimie de coordination, le bleu de Prusse dont les complexes FeIIBS(FeIIIHS)x sont des modèles.<br />La deuxième partie concerne l'étude de l'anisotropie magnétique au sein de complexes mononucléaires de Ni(II). Ce travail montre qu'il est possible d'influencer l'amplitude et la nature (axiale, planaire ou rhombique) de l'anisotropie magnétique grâce au choix des ligands chélatants.<br />Enfin, une modulation de l'énergie des états de spin de systèmes binucléaires en jouant sur les ligands pontants et périphériques permet de mettre en évidence le croisement de deux niveaux MS issus de deux états S différents sous l'action d'un champ magnétique extérieur. Ainsi il est possible d'accéder aux propriétés d'anisotropie dans les états excités de complexes polynucléaires possédant un état fondamental de spin S = 0.

Zahlreiche Studien belegen, dass Maillard-Reaktionsprodukte (MRP) in vivo einen Einfluss auf den physiologischen Metallionenhaushalt haben können. Da bisher noch keine Korrelation zwischen dem Entstehen von definierten MRP und einem erhöhten Metallionenbindungsvermögen ermittelt werden konnte, war es das Ziel dieser Arbeit, die Komplexbildungseigenschaften der ausgewählten MRP Nε-Carboxymethyllysin, Isomaltol und Maltosin sowie deren Strukturanaloga Maltol, Deferipron, Mimosin und Pyridosin mit den physiologisch relevanten Metallionen Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) und Mn(II) zu untersuchen. Dazu wurden die MRP Nε-Carboxymethyllysin und Maltosin sowie die parallel untersuchten Substanzen Pyridosin, Maltosin-3-benzylether, Nα-Hippuryl- und Nα-Acetylmaltosin in ausreichender Menge und Reinheit synthetisiert. Dabei gelang es, für Maltosin und Pyridosin neue und effiziente Synthesewege zu entwickeln, bei welchen zum ersten Mal beide Substanzen gezielt aufgebaut wurden. Die Komplexbildungskonstanten der Liganden mit den Metallionen wurden pH-potentiometrisch bestimmt (I[KNO3] = 0,15 M; θ = 25 °C). Durch die Auswertung der Protonierungskonstanten der gebildeten Komplexe und das Vermessen geeigneter Derivate konnten für die untersuchten Komplexe zusätzlich die Koordinationsstellen der Liganden aufgeklärt werden. Die Untersuchungen zu den Komplexbildungseigenschaften bestätigten erstmals die Vermutung, dass MRP in der Lage sind, Metallionen zu binden. Dabei wurde weiterhin ermittelt, dass die Bindung von Cu(II) durch Nε-Carboxymethyllysin und von Fe(III), Al(III) und Cu(II) durch Maltosin durchaus von physiologischer Relevanz sind. Die Bedeutung der Ergebnisse wurde qualitativ durch Versuche mit Maltosin-derivatisiertem Rinderserumalbumin unterstrichen. Als besonderes Ergebnis der Arbeit ist herauszustellen, dass das MRP Maltosin und die Verbindung Pyridosin deutlich stabilere Komplexe mit Fe(III) bilden als das zur Fe(III)-Chelattherapie eingesetzte Medikament Deferipron. Diese festgestellte Eigenschaft bietet interessante Perspektiven für zukünftige Studien zur möglichen Anwendung von z. B. Maltosin als Pharmakon. / Several studies show that Maillard reaction products (MRP) may influence the physiological metal ion balance. But none of these studies prove a correlation between the formation of defined MRP and an enhanced metal ion binding. Therefore it was the aim of this work to investigate the complex formation characteristics of the selected MRP Nε-carboxymethyllysine, isomaltol and maltosine as well as the structural analogues maltol, deferiprone, mimosine and pyridosine with the physiological relevant metal ions Cu(II), Zn(II), Fe(III), Al(III) and Mn(II). For that purpose the MRP Nε-carboxymethyllysine and maltosine plus the parallel analysed substances pyridosine, maltosine-3-benzylether, Nα-hippuryl- and Nα-acetylmaltosine were synthesised. Thereby new and efficient syntheses for maltosine and pyridosine were developed. The stability constants of the ligands with the metal ions were determined by pH-potentiometry (I(KNO3) = 0,15 M; θ = 25 °C). Furthermore the donor atoms within the formed complexes were determined by the evaluation of the protonation constants of the formed complexes and by the analysis of adequate derivatives. The studies to the complex formation characteristics confirm for the first time the assumption, that MRP are able to form stable complexes with metal ions. Withal it was ascertained that the coordination of Cu(II) by Nε-carboxymethyllysine and of Fe(III), Al(III) and Cu(II) by maltosine may be of physiological relevance. The significance of the results was pointed out by experiments with maltosine derivatised bovine serum albumine. The fact that the MRP maltosine and the compound pyridosine form more stable complexes with Fe(III) as the medicament for the Fe(III) chelate therapy deferiprone is a particular result of this work. This property affords interesting perspectives for future studies about a possible appliance of e.g. maltosine as pharmaceutical.

Heutzutage ist die Entwicklung neuer Technologien stark auf die Miniaturisierung und die Herstellung von Materialien im Nanometer-Bereich und deren Charakterisierung ausgerichtet. Besonders interessant sind Informationen über hergestellte &amp;quot;sandwich&amp;quot; Strukturen betreffs Art und Anzahl der Schichten, Dicke der Schichten und deren chemische Zusammensetzung. Die chemischen Informationen von den Proben sind sowohl nahe der Oberfläche als auch in tiefer liegenden Schichten (vergrabene Schichten) von Interesse. Da die üblichen Tiefenprofilverfahren durch das Auftreten von ionenstrahlinduzierten Probenschädigungen hier versagen, sind zerstörungsfreie Untersuchungen der Probenstruktur von Bedeutung. Winkelaufgelöste Röntgenphotoemissionsspektroskopie (ARXPS) ist eines der Verfahren, die ohne Beschädigung der Schichtstruktur der untersuchten Materialen Informationen über dünne Gebiete der Probe liefert. Die Charakterisierung der Probe basiert auf der Analyse der austretenden Photoelektronen unter verschiedenen Austrittswinkeln, weil damit die effektive Informationstiefe durch Analyse von Photoelektronenstrom aus verschiedenen Tiefen verändert wird. Die Untersuchungstiefe bei diesem Verfahren ist maximal ~10 nm. Aus dem ARXPS-Verfahren ist nur eine indirekte Information zu erhalten. Deshalb braucht man ein Werkzeug, mit dem die untersuchten Proben mit Hilfe von mathematischen Modellen quantitativ beschrieben werden können. In der vorliegenden Doktorarbeit wird gezeigt, dass die ARXPS-Modellrechnung unter bestimmten Voraussetzungen eine sinnvolle Methode zur Analyse von dünnen Barriere-, Oxid- und Segregationsschichtsystemen ist. Die Quantifizierung der ARXPS-Daten ist nur dann erfolgreich, wenn nicht nur der Einfluss der Abklinglänge der Photoelektronen berücksichtigt wird, sondern auch der Einfluss der mittleren Atomvolumina der Matrix in geeigneter Schichten und der korrigierten Empfindlichkeitsfaktoren berücksichtigt wird. Die Anpassung zwischen experimentellen und berechneten Daten verläuft unter Verwendung bestimmter Rand- und Grenzbedingungen durch Anwendung mathematischer Methoden gleichzeitig für alle betrachtete Winkel. Das Verhalten der ARXPS-Modellrechnung wurde unter verschiedenen Bedingungen überprüft. Zu diesem Zweck wurde eine theoretische Struktur simuliert, deren Verhalten (berechnete Schichtdicken, Bedeckungsgrad der Oberfläche mit der Kontamination, chemische Zusammensetzung der Schichten) untersucht wurde hinsichtlich der Einflüsse von verschiedener Dicken, von Rauhigkeiten an der Probeoberfläche, der Art der Kontamination an der Oberfläche die aus der ex situ Präparation resultiert, und der &amp;quot;Qualität&amp;quot; der betrachteten Information während der Quantifizierung (Peak-Fit Prozeduren). Zur Demonstration der Möglichkeiten der Modellrechnung wurden zwei Systeme untersucht. Das erste Schichtsystem Co/Al2O3/Al enthält eine dünne vergrabene Aluminiumoxid-Barriere, die durch Plasma-Oxidation mit Electron Cyclotron Resonance (ECR) bei unterschiedlichen Oxidationszeiten hergestellt wurde. Die Modellierung der Proben mit der ARXPS-Modellrechnung ergibt unterschiedliche Dicken von Al2O3, die mit der Zeit der Oxidation korrelieren. Je größer die Oxidationszeit ist, desto dickere Aluminiumoxidschichten bilden sich. Die Untersuchung der Alterungsprozesse an den ECR-Proben ergibt, dass die Dicke der Aluminiumoxide nicht beeinflusst wurde. Das bestätigt, dass die Co-Schicht erfolgreich Al2O3 vor weiterer Oxidation schützt. Das zweite Beispiel betrifft eine S/Fe Struktur, die während der Wärmebehandlung durch Schwefel-Segregation auf einer Fe(100)-Oberfläche entstanden ist. Mit Hilfe der ARXPS-Modellrechnung kann der Bedeckungsgrad mit dem Schwefel der Fe- Oberfläche berechnet werden. Um die Ergebnisse der Modellierung zu verifizieren, wurden die ausgewählten Strukturen mit anderen Methoden (z.B.: TEM, EELS, XRR) untersucht.

Verbindungen mit Spinellstruktur im quasiternären System &amp;quot;LiO0.5-MnOx-FeOx&amp;quot; finden industriell als keramische Werkstoffe in der Elektrotechnik und Elektronik Verwendung. So werden Lithium-Mangan-Spinelloxide der Form Li1+xMn2-xO4 (x =&amp;gt; 0) als Kathodenmaterial für wiederaufladbare Lithiumbatterien untersucht. Sowohl Lithium- als auch Manganferrit finden Einsatz als steuerbare Komponenten in der Mikrowellentechnik und Manganferrite als Leistungsüberträger in Spulen und Transformatoren der Hochfrequenztechnik. Für einen solchen technischen Einsatz sind die Kenntnisse der Bedingungen für die Synthese phasenreiner Spinelle und deren Struktur unerlässlich. Die Darstellung der Spinelle erfolgte im Rahmen dieser Arbeit aus gefriergetrockneten Lithium-Mangan-Eisenformiaten. Diese Precursoren zeichnen sich durch hohe Reaktivität und exakte Metallionenstöchiometrie aus. Der Zersetzungsablauf von gefriergetrockneten Li-Mn(II)-Fe(III)-Formiaten unter Argon wurde mittels thermischer Analyse, gekoppelt mit der Massenspektroskopie, sowie durch Röntgenpulveraufnahmen der Zwischenprodukte untersucht. Aus den vorzersetzten Precursoren gewünschter Zusammensetzung wurden unter kontrollierten Temperatur- und Sauerstoffpartialdruckbedingungen einphasige Spinelloxide dargestellt. Die so erhaltenen Verbindungen mit Spinellstruktur wurden mittels Röntgenbeugung und Strukturverfeinerung sowie XANES- und Mößbauerspektroskopie und magnetischen Messungen untersucht. Aus der Kombination dieser Methoden konnten Schlussfolgerungen bezüglich der Struktur, Kationenverteilung und Eigenschaften der jeweiligen Spinelle gewonnen werden. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die in der Literatur nicht beschriebene Mischkristallreihe LixMn1+xFe2?2xO4, die Mn(II) und Mn(III) oder Mn(III) und Mn(IV) für x &amp;lt; 0.5 oder x &amp;gt; 0.5 enthält. Mit zunehmendem x-Wert vergrößert sich der Anteil von Lithiumionen auf Tetraeder-plätzen. Bei einem Wert x = 4/7 erreicht dieser Anteil 100%. Unter Einbeziehung der Ergebnisse der Mößbaueruntersuchungen ergeben sich für die Spinellverbindungen mit x = 2/7, 3/7 und 4/7 die folgenden Kationenverteilungen: (Li1.04Mn2+2.81-[delta]Fe3+3.15Mn3+[delta])A[Li0.96Fe3+6.85Mn3+6-[delta]Mn2+0.19+[delta]]BO28 (Li2.37Mn2+1.0-*Fe3+2.98Mn3+0.65+*)A[Li0.63Fe3+5.02Mn3+8.35-*Mn2+*]BO28 (Li4.0Fe3+2.37Mn3+0.63)A[Fe3+3.63Mn3+9.37Mn4+1.0]BO28. Eine theoretisch vorhersehbare Zunahme der Sättigungsmagnetisierung bei kleinen x-Werten wird durch Abnahme der kooperativen Kopplungseffekte mit Abnahme des Eisengehaltes nicht beobachtet. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Darstellung phasenreiner Spinelloxide aus den vorzersetzten gefriergetrockneten Li-Mn-Fe-Formiaten im gesamten Bereich zwischen den bekannten quasibinären Spinellverbindungen MnFe2O4, Li0.5Fe2.5O4, LiMn2O4 und Li4/3Mn5/3O4 im quaternären System Li-Mn-Fe-O unter jeweils definierten pO2/T-Bedingungen möglich ist. Die Synthesetemperaturen sind teilweise um 100°C bis 200°C niedriger als bei vergleichbaren Proben aus den Festkörpereaktionen. Manganreiche Spinelle außerhalb dieses Bereiches konnten nicht synthetisiert werden.

Mitochondrial dysfunction has been implicated for a wide range of human diseases. One of the major biosynthetic processes in human mitochondria is the biogenesis of Iron-Sulfur (Fe-S) clusters which primarily involves in electron transfer reactions during oxidative phosphorylation (OXPHOS). Defects in Fe-S cluster biogenesis process leads to mitochondrial dysfunction and that eventually results in various human mitochondrial disorders. One of the major mitochondrial disorders associated with Fe-S cluster biogenesis impairment is exercise intolerance disorder ISCU myopathy, which is a result of loss of function of Fe-S cluster scaffold protein ISCU. Our biochemical results using yeast model system and HeLa cells lines suggests that ISCU Myopathy results in defective Fe-S cluster biogenesis in mitochondrial compartment. As a result, electron transport chain (ETC) complexes demonstrate significant reduction in their redox properties, leading to loss of cellular respiration. Furthermore, in ISCU Myopathy, mitochondria display enhancement in iron levels and reactive oxygen species, thereby causing oxidative stress leading to impairment in the mitochondrial functions. On the other hand, in mammalian mitochondria, the initial step of Fe-S cluster assembly process is assisted by NFS1-ISD11 complex, which delivers sulfur to the scaffold protein ISCU during Fe-S cluster synthesis. In humans, loss of ISD11 function leads to development of respiratory distress disorder, Combined Oxidative Phosphorylation Deficiency 19 (COXPD19). Our study maps the important ISD11 amino acid residues critical for in vivo Fe-S cluster biogenesis. Importantly, mutation of these critical ISD11 residues to alanine leads to its compromised interaction with NFS1, which results in reduced stability and enhanced aggregation of NFS1 in the mitochondria. Moreover, our findings highlight that, COXPD19 associated R68L ISD11 mutant displays reduced affinity to form a stable sub-complex with NFS1, thereby fails to prevent NFS1 aggregation, resulting impairment of Fe-S cluster biogenesis. The prime affected machinery is the ETC complex which demonstrates compromised redox properties, causing diminished mitochondrial respiration in COXPD19 patients. In summary, our findings provide compelling evidence that respiration defect due to impaired biogenesis of Fe-S clusters in ISCU myopathy patients, leads to manifestation of complex clinical symptoms. Additionally, our study highlights the role of ISD11 protein in Fe-S cluster biogenesis and maps the surface residues of ISD11 protein that are involved in interaction with sulfur donor protein NFS1. Moreover, we have demonstrated the molecular basis of disease progression of COXPD19 as a result of R68L ISD11 mutation.

Adições de Ti-C e Cr refinam o grão em nanocompósitos de Nd-Fe-B, aumentando substancialmente o valor de seu campo coercivo Hc. Isto motivou a investigação do efeito da adição de Ti-C e Cr em nanocompósitos de Pr-Fe-B e em outros nanocompóstitos à base de Nd-Fe-B. Fitas metálicas das composições (Pr9,5Fe84,5B6)0,97-x(TiC)0,03Crx (x = 0; 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01) e (Nd9,5Fe84,5B6)0,97-x (TiC)0,03Crx (x = 0,005; 0,01) foram produzidas por resfriamento rápido. Medidas de magnetização em campos magnéticos de até 90 kOe mostraram que os materiais contendo Cr possuem Hc substancialmente maior do que os demais sem. Para um nanocompósito de Pr com 1% Cr, o campo coercivo obtido foi Hc = 12,5 kOe, enquanto que para um nanocompósito de Pr com 0% Cr obtivemos um Hc = 5,1 kOe. O produto energético máximo da amostra com 1% Cr foi de, aproximadamente, 13,6 MGOe, valor este limitado pela remanência. Uma análise do difratograma de raios X mostrou que as fitas à base de Pr-Fe-B com 1%Cr consistem basicamente de uma fase Pr2Fe14B dura e uma fase α-Fe mole. Uma espectroscopia Mössbauer foi realizada em 300 K e mostrou uma redução dos campos hiperfinos devido à adição do Cr. Também foi realizada uma microscopia eletrônica de transmissão na amostra Pr-Fe-B com 1% Cr e os resultados mostraram que o nanocompósito possui um tamanho de grão maior do que o material sem Cr, sendo que a microestrutura majoritária são de grãos constituídos de α-Fe, de tamanho médio de 100 nm, imersos numa matriz de Pr2Fe14B. / Submitted by Marcelo Teixeira (mvteixeira@ucs.br) on 2014-05-30T15:59:14Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Vinicius Cappellano de Franco.pdf: 2554552 bytes, checksum: ca6455aec67ec4bd99efc6bdb3497dc6 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-30T15:59:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Vinicius Cappellano de Franco.pdf: 2554552 bytes, checksum: ca6455aec67ec4bd99efc6bdb3497dc6 (MD5) / The addition of both Ti and Cr-C refine the grains in nanocomposites of Nd-Fe-B, increasing substantially the coercive field Hc . This motived our investigation of the effect of the addition of Ti-C and Cr to nanocomposites of Pr-Fe-B and Nd-Fe-B. Ribbons compositions (Pr9,5Fe84,5B6)0,97-x(TiC)0,03Crx (x = 0; 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01) and (Nd9,5Fe84,5B6)0,97-x (TiC)0,03Crx (x = 0,005; 0,01) were produced by melt-spinning. Magnetization measures in fields up to 90 kOe showed that materials containing Cr have substantially higher Hc than the other materials without Cr. For a Pr nanocomposites with 1% Cr, the coercive field Hc was 12.5 kOe, while for a Pr nanocomposites with 0% Cr, Hc = 5.1 kOe. For the sample with 1% Cr, the maximum energy product was approximately 13.6 MGOe, a value limited by the remanence. The X-ray diffractogram analysis showed that the ribbons based on Pr-Fe-B with 1% Cr consist basically of a Pr2Fe14B hard phase and an α-Fe soft phase. Mössbauer spectroscopy was performed at 300 K and showed a reduction of the hyperfine field due to the addition of Cr. Transmission electronic microscopy of the Pr-Fe-B sample with 1% Cr showed that the nanocomposites have a grain size larger than the material without Cr, the microstructure consisting of α Fe grains, with an average size of 100 nm, in a matrix of Pr2Fe14B.

Adições de Ti-C e Cr refinam o grão em nanocompósitos de Nd-Fe-B, aumentando substancialmente o valor de seu campo coercivo Hc. Isto motivou a investigação do efeito da adição de Ti-C e Cr em nanocompósitos de Pr-Fe-B e em outros nanocompóstitos à base de Nd-Fe-B. Fitas metálicas das composições (Pr9,5Fe84,5B6)0,97-x(TiC)0,03Crx (x = 0; 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01) e (Nd9,5Fe84,5B6)0,97-x (TiC)0,03Crx (x = 0,005; 0,01) foram produzidas por resfriamento rápido. Medidas de magnetização em campos magnéticos de até 90 kOe mostraram que os materiais contendo Cr possuem Hc substancialmente maior do que os demais sem. Para um nanocompósito de Pr com 1% Cr, o campo coercivo obtido foi Hc = 12,5 kOe, enquanto que para um nanocompósito de Pr com 0% Cr obtivemos um Hc = 5,1 kOe. O produto energético máximo da amostra com 1% Cr foi de, aproximadamente, 13,6 MGOe, valor este limitado pela remanência. Uma análise do difratograma de raios X mostrou que as fitas à base de Pr-Fe-B com 1%Cr consistem basicamente de uma fase Pr2Fe14B dura e uma fase α-Fe mole. Uma espectroscopia Mössbauer foi realizada em 300 K e mostrou uma redução dos campos hiperfinos devido à adição do Cr. Também foi realizada uma microscopia eletrônica de transmissão na amostra Pr-Fe-B com 1% Cr e os resultados mostraram que o nanocompósito possui um tamanho de grão maior do que o material sem Cr, sendo que a microestrutura majoritária são de grãos constituídos de α-Fe, de tamanho médio de 100 nm, imersos numa matriz de Pr2Fe14B. / The addition of both Ti and Cr-C refine the grains in nanocomposites of Nd-Fe-B, increasing substantially the coercive field Hc . This motived our investigation of the effect of the addition of Ti-C and Cr to nanocomposites of Pr-Fe-B and Nd-Fe-B. Ribbons compositions (Pr9,5Fe84,5B6)0,97-x(TiC)0,03Crx (x = 0; 0,0025; 0,005; 0,0075; 0,01) and (Nd9,5Fe84,5B6)0,97-x (TiC)0,03Crx (x = 0,005; 0,01) were produced by melt-spinning. Magnetization measures in fields up to 90 kOe showed that materials containing Cr have substantially higher Hc than the other materials without Cr. For a Pr nanocomposites with 1% Cr, the coercive field Hc was 12.5 kOe, while for a Pr nanocomposites with 0% Cr, Hc = 5.1 kOe. For the sample with 1% Cr, the maximum energy product was approximately 13.6 MGOe, a value limited by the remanence. The X-ray diffractogram analysis showed that the ribbons based on Pr-Fe-B with 1% Cr consist basically of a Pr2Fe14B hard phase and an α-Fe soft phase. Mössbauer spectroscopy was performed at 300 K and showed a reduction of the hyperfine field due to the addition of Cr. Transmission electronic microscopy of the Pr-Fe-B sample with 1% Cr showed that the nanocomposites have a grain size larger than the material without Cr, the microstructure consisting of α Fe grains, with an average size of 100 nm, in a matrix of Pr2Fe14B.

Comprendre les propriétés des interfaces molécules/métaux est d’une importance capitale pour la spintronique organique. La première partie porte sur l’étude des propriétés magnétiques de molécules de phtalocyanine de manganèse. Nous avons montré que les premières couches moléculaires forment des colonnes avec un arrangement antiferromagnétique sur la surface de Co(100). Ces dernières mènent à de l’anisotropie d’échange. La seconde partie porte sur l’étude d’une molécule à transition de spin, la Fe(phen)2(NCS)2, sublimée sur différentes surfaces. Nous avons identifié les états de spin d’une molécule unique sur du Cu(100). De plus, nous avons commuté l’état de spin d’une molécule unique pourvu qu’elle soit suffisamment découplée du substrat. / Understanding the properties of molecules at the interface with metals is a fundamental issue for organic spintronics. The first part is devoted to the study of magnetic properties of planar manganese-phthalocyanine molecules and Co films. We evidenced that the first molecular layers form vertical columns with antiferromagnetic ordering on the Co(100) surface. In turn, these molecular columns lead to exchange bias. The second part is focused on the study of a spin-crossover complex, Fe(phen)2(NCS)2 sublimed on different metallic surfaces. We identified the two spin states of a single molecules on Cu(100). By applying voltages pulses, we switched the spin state of a single molecule provided that it is sufficiently decoupled from the substrate.

Reliable energy supply is a major concern and crucial for development of the global society. To address the dependency on fossil fuel and the negative effects of this reliance on climate, there is a need for a transition to cleaner sources. An attractive solution for replacing fossil-based products is renewable substitutes produced from biomass. Gasification and pyrolysis are two promising thermochemical conversion technologies, facing challenges before large-scale commercialization becomes viable. In case of biomass gasification, tar is often and undesired by-product. An attractive option to convert tar into syngas is nickel-based catalytic steam reforming (SR). For biomass pyrolysis, catalytic SR is in early stages of investigation as a feasible option for bio-crude conversion to syngas. The focus of the thesis is partly dedicated to describe research aimed at increasing the knowledge around tar reforming mechanisms and effect of biomass-derived impurities on Ni-based tar reforming catalyst downstream of gasifiers. The work focuses on better understanding of gas-phase alkali interaction with Ni-based catalyst surface under realistic conditions. A methodology was successfully developed to enable controlled investigation of the combined sulfur (S) and potassium (K) interaction with the catalyst. The most striking result was that K appears to lower the sulfur coverage and increases methane and tar reforming activity. Additionally, the results obtained in the atomistic investigations are discussed in terms of naphthalene adsorption, dehydrogenation and carbon passivation of nickel. Furthermore, the thesis describes research performed on pyrolysis gas pre-conditioning at a small-industrial scale, using an iron-based catalyst. Findings showed that Fe-based materials are potential candidates for application in a pyrolysis gas pre-conditioning step before further treatment or use, and a way for generating a hydrogen-enriched gas without the need for bio-crude condensation. / Tillförlitlig energiförsörjning är en stor utmaning och avgörande för utvecklingen av det globala samhället. För att ta möta beroendet av fossil råvara och de negativa effekter som detta beroende medför för klimatet finns ett stort behov av en övergång till renare energiråvaror. En attraktiv lösning är att ersätta nuvarande fossil råvara med produkter från biomassa. Förgasning och pyrolys är två lovande teknologier för termokemisk omvandling av biomassa. Kommersialisering av dessa teknologier är inte helt problemfritt. I fallet förgasning så behöver, bl.a. oönskade tyngre kolväten (tjära) hanteras innan den producerade orenade produktgasen kan användas i syntesgastillämpningar. Ett effektivt alternativ för detta är gaskonditionering vid höga temperaturer, baserade på katalytisk ångreformering med en nickelkatalysator. Katalytisk ångreformering är en möjlig teknik för omvandling av bioråvara, producerad från pyrolys av biomassa, till syntesgas. Avhandlingen fokuserar delvis på att beskriva den forskning som utförts för att öka kunskapen kring mekanismer för tjärreformering och effekterna av föroreningar från biomassan på en nickelkatalysator nedströms förgasare. Arbetet bidrar till en bättre förståelse av hur alkali i form av kalium (K) i gasfasen upptas, jämviktas och växelverkar med ytan hos nickelkatalysatorn under fullt realistiska förhållanden. Inledningsvis utvecklades en metod för att möjliggöra kontrollerade studier av den kombinerade effekten av S och K, vilken inkluderar exakt dosering av alkali till en produktgas, eliminering av transienter i katalysatoraktiviteten samt katalysatorkarakterisering. Det mest lovande resultatet är att K både sänker ytans svavelinnehåll och ökar aktiviteten för omvandlingen av metan och tjära. För att ytterligare fördjupa kunskaperna i mekanismerna för tjärnedbrytning utfördes experimentella och teoretiska ytstudier på en enkristallnickelyta med naftalen som modellförening. Resultat avseende naftalenadsorption, dehydrogenering av naftalen och kolpassivering av nickelytan diskuteras. Därutöver så beskriver avhandlingen den forskning som utförts inom förkonditionering av pyrolysgas med en järnkatalysator för varsam deoxygenering av biooljan och vätgasproduktion. Detta utfördes vid en småskalig industriell anläggning. De experimentella studierna visar att den undersökta järnkatalysatorn resulterar i en vätgasberikad gas och att den är en potentiell kandidat för tillämpning i ett förkonditioneringssteg. / <p>QC 20170830</p>

No description available.