In der vorliegenden Arbeit wird erstmals systematisch der Einfluss von gasförmigen und festen Verunreinigungen auf das O2, Pt│YSZ- Elektrodensystem am praxisnahen Beispiel der Lambdasonde untersucht. Dazu wurden Festelektrolyt- und Elektrodenmaterialien unterschiedlicher Zusammensetzung und Morphologie den realen Abgasbedingungen nachempfundenen, chemischen und physikalischen Einflüssen ausgesetzt und in Bezug auf Langzeitstabilität, Sensitivität und Wirkmechanismen untersucht. Im Einzelnen lag der Fokus der Untersuchungen auf zwei Ausführungsformen von Elektroden, die sich vor allem durch mikro- bzw. nanoskalige Partikelgrößenverteilungen sowie der Platin/YSZ-Zusammensetzung unterschieden und als Mikro- bzw. Nano-Elektrode bezeichnet wurden. Der Einfluss von Siliciumdioxid als gezielt dem Festelektrolyten beigemischte intrinsische Vergiftung sollte in Wechselwirkung zu den extrinsischen Verunreinigungen wie Natriumionen, Wasserdampf und Phosphorpentoxid untersucht werden. Im Unterschied zu den in der Literatur betrachteten, vereinfachten Modellsystemen konnten damit erstmals Wechselwirkungen beschrieben werden, die zu einem tieferen Verständnis des realen Sensorverhaltens, vor allem der Degradation beitragen. Insbesondere ist es gelungen, ein Modell für die Sauerstoffreaktion an geschädigten Elektroden aufzustellen. Neben der bekannten elektrochemischen Reduktion von Sauerstoff spielen die Transportvorgänge an der Elektrodenoberfläche eine entscheidende Rolle, über die in der Literatur bisher nur wenig bekannt war.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung 1.3 Methodisches Vorgehen und struktureller Aufbau der Arbeit 2 Theoretische Grundlagen 2.1 Festelektrolyt Yttriumoxid stabilisiertes ZrO2 (YSZ) 2.1.1 Strukturelle Aspekte 2.1.2 Elektronen- und Ionenleitung 2.2 Elektroden im Gleichgewicht und unter Stromfluss 2.2.1 Gleichgewichtselektrode 2.2.2 Elektroden unter Stromfluss 2.2.2.1 Ladungsdurchtritt und Transportprozesse 2.2.2.2 Co-limitierte Prozesse 2.2.2.3 Konzentrationslimitierendes Verhalten 2.3 Stabilität von Elektrodensystemen 2.3.1.1 Unterschiede von dichten und porösen Metall/ Cermet- Elektroden (morphologische Parameter) 2.3.1.2 Ursachen der Degradation 2.4 Elektrochemische Methodik zur Charakterisierung des Elektrodensystems 2.4.1 Zyklovoltammetrie 2.4.2 Elektrochemische Impedanzuntersuchung 3 Messtechnik und Experimentelles 3.1 Probenherstellung 3.1.1 Präparation und Zusammensetzung 3.1.2 Funktion 3.2 Messplätze für Elektroden- und Sensoruntersuchungen 3.2.1 Standardmessplatz 3.2.2 Messplatz zur Phosphorvergiftung 3.3 Vorbehandlung des Elektrodensystems 3.4 Degradation und Bewertung 3.4.1 Degradation durch SiO2 3.4.2 YSZ-Degradation durch Wasser 3.4.3 YSZ-Degradation durch Natriumionen 3.4.4 Elektrodendegradation durch Wasserdampf 3.4.5 Elektrodendegradation durch Phosphor 3.4.6 Regeneration 3.5 Charakterisierung des Elektrodenystems & Grenzen der Methodik 3.5.1 Analytische und bildgebende Verfahren 3.5.2 Elektrochemische Verfahren 4 Experimentelle Ergebnisse und Diskussion 4.1 Morphologie der Elektrodensysteme 4.1.1 Festelektrolyt 4.1.1.1 Einfluss von Siliciumdioxid 4.1.1.2 Einfluss von Natriumionen 4.1.1.3 Zusammenfassung Festelektrolyt 4.1.2 Poröse Cermet-Elektrode 4.1.2.1 Elektrodenstruktur 4.1.2.2 Elementare Elektrodenprozesse 4.1.2.3 Niedertemperaturverhalten 4.1.2.4 Zusammenfassung der Resultate, gewonnen an der porösen Cermet-Elektrode 4.2 Degradation der Elektrodensysteme 4.2.1 Einfluss von Siliziumdioxid 4.2.2 Einfluss von Wasserdampf 4.2.2.1 Motivation 4.2.2.2 Festelektrolyt 4.2.2.3 Alterung von Cermet-Elektroden in Wasserdampfhaltigen Gasen 4.2.2.4 Elektrochemisch provozierte Reaktionen 4.2.2.5 Degradationsmechanismen 4.2.2.6 Zusammenfassung H2O 4.2.3 Einfluss von Phosphorpentoxid 4.2.3.1 Elektrochemisch provozierte Reaktion 4.2.3.2 Degradationsmechanismen 4.2.3.3 Zusammenfassung P2O5 5 Zusammenfassung und Ausblick

Vasopressin är ett viktigt hormon som har många fysiologiska funktioner, däribland upprätthållandet av vätskebalansen i kroppen. Mätning av detta hormon är dock komplicerat och därför används ”skuggfragmentet” copeptin, som härstammar från samma prekursor. Genom användandet av metoden B·R·A·H·M·S KRYPTOR compact PLUS mäts copeptin. Studiens syfte är att beräkna variations-koefficienten och därmed undersöka de uppmätta värdenas reproducerbarhet. Vidare blir syftet att använda EpiHealth-kohortstudien för att validera den redan kända kopplingen mellan copeptin och förhöjt blodsocker genom en multivariant linjär regression. Vi kan i arbetet konstatera att copeptin metoden har en god reproducerbarhet, där majoriteten av de multipelt uppmätta copeptin-värdena har en inter-assay CV <8%. Vid undersökning av EpiHealth-kohorten fann vi att en ökning av copeptin var kross-sektionellt associerad med ett flertal metabola riskmarkörer, däribland fastande plasma-glukos, efter multivariant justering. Att copeptin var signifikant relaterat till denna potenta metabola riskmarkör kan tyda på att det finns ett orsakssamband mellan förhöjt vasopressin och förhöjt blodsocker, något som även tidigare studier har pekat på. Detta i sin tur visar att vasopressin kan spela en roll i utvecklandet av typ 2-diabetes. Om ett orsaks-samband föreligger undersöks nu i en stor randomiserad klinisk studie där vasopressin-nivåerna hos hälften av deltagarna sänks med hjälp av ökat vatten-intag (H2O-metab-studien). Det finns förhoppningar om att användandet av copeptin skall kunna användas i klinisk verksamhet för att riskbedöma individer avseende kardiometabola sjukdomar (däribland typ 2-diabetes). / Vasopressin is an important hormone that has many physiological functions, including the maintenance of fluid balance in the body. Measurement of this hormone is however complicated and therefore the "shadow fragment" copeptin is used, which is derived from the same precursor. Using the BRAHMS copeptin proAVP KRYPTOR method, copeptin was measured in this study. The purpose of the study is to calculate the coefficient of variation, and thus examine the reproducibility of the measured values ​. Furthermore, the aim will be to use the EpiHealth cohort study was used to validate the link between copeptin and elevated blood sugar through a multivariate linear regression. The majority of the multiple measurements of copeptin values had an inter-assay CV <8%, which indicates that the method has a good reproducibility. Examination of the EpiHealth cohort revealed that elevated copeptin was cross-sectionally associated with a number of metabolic risk markers, including fasting plasma glucose, after multivariate adjustment, a finding that is in line with previous findings from epidemiological studies. The fact that copeptin was significantly related to this potent metabolic risk marker may indicate a causal role of the vasopressin system in elevated blood glucose and may play a role in the development of type 2 diabetes metillus. Previous experimental and genetical studies have indicated a causal association between elevated vasopressin and diabetes development. Currently, a randomized clinical trial is ongoing (the H2O-metab-study) in order to investigate a possible causal association between elevated vasopressin and glucose. In the study, increased water intake is used to lower plasma vasopressin (measured as copeptin), and the glucose-lowering potential of this water treatment is tested. There are hopes that copeptin can in the future be used in clinical practice for risk assessment with respect to cardiometabolic diseases (including type 2 diabetes).

Sustainable energy sources are of great importance, and will become even more important in the future. Gasification of biomass is an important process for utilization of biomass, as a renewable energy carrier, to produce fuels and chemicals. Density functional theory (DFT) calculations were used to investigate i) the effect of co-adsorption of water and CO on the Ni(111) catalysed water splitting reaction, ii) water adsorption and dissociation on Ni(111), Ni(100) and Ni(110) surfaces, as well as iii) formyl oxidation and dissociation, iv) hydrocarbon combustion and synthesis, and v) the water gas shift (WGS) reaction on these surfaces. The results show that the structures of an adsorbed water molecule and its splitting transition state are significantly changed by co-adsorption of a CO molecule on the Ni(111) surface. This leads to less exothermic reaction energy and larger activation barrier in the presence of CO which means that far fewer water molecules will dissociate in the presence of CO. For the adsorption and dissociation of water on different Ni surfaces, the binding energies for H2O and OH decrease in the order Ni(110) > Ni(100) > Ni(111), and the binding energies for O and H atoms decrease in the order Ni(100) > Ni(111) > Ni(110). In total, the complete water dissociation reaction rate decreases in the order Ni(110) > Ni(100) > Ni(111). The reaction rates for both formyl dissociation to CH + O and to CO + H decrease in the order Ni(110) > Ni(111) > Ni(100). However, the dissociation to CO + H is kinetically favoured. The oxidation of formyl has the lowest activation energy on the Ni(111) surface. For combustion and synthesis of hydrocarbons, the Ni(110) surface shows a better catalytic activity for hydrocarbon combustion compared to the other surfaces. Calculations show that Ni is a better catalyst for the combustion reaction compared to the hydrocarbon synthesis, where the reaction rate constants are small. It was found that the WGS reaction occurs mainly via the direct pathway with the CO + O → CO2 reaction as the rate limiting step on all three surfaces. The activation barrier obtained for this rate limiting step decreases in the order Ni(110) > Ni(111) > Ni(100). Thus, the WGS reaction is fastest on the Ni(100) surface if O species are present on the surfaces. However, the barrier for desorption of water (as the source of the O species) is lower than its dissociation reaction on the Ni(111) and Ni(100) surfaces, but not on the Ni(110) surface. Therefore the direct pathway on the Ni(110) surface will dominate and will be the rate limiting step at low H2O(g) pressures. The calculations also reveal that the WGS reaction does not primarily occur via the formate pathway, since this species is a stable intermediate on all surfaces. All reactions studied in this work support the Brønsted-Evans-Polanyi (BEP) principles.

Les molécules ayant des protons en position échangeable possèdent des isomères de spin nucléaires différents. Leur interconversion, interdite à l'ordre zéro par la mécanique quantique, dépend en partie de l'environnement.<br />Dans les atmosphères cométaires, la mesure du rapport d'abondance de ces isomères pour les molécules de H2O, NH3, CH4, et plus récemment de CH3OH, montre un écart à l'équilibre thermodynamique. Sa signification physique est à ce jour au cœur d'un débat : est- ce un indicateur de la température qui régnait dans l'environnement primordial au sein duquel se sont formées ces molécules ? <br />Ce travail expérimental alliant techniques de vide et de cryogénie, vise à identifier, en amont d'une étude dans les glaces cométaires, certains paramètres impliqués dans la conversion de spin nucléaire de H2O isolée dans des environnements plus simples : les matrices de gaz rare. Dans un tel environnement, un enrichissement en isomère de spin ortho ou para est produit par un changement brutal de température (entre 4,2 et 30 K). La détermination du temps de retour à l'équilibre thermodynamique se fait à partir de l'enregistrement dans le temps des spectres infrarouges ro-vibrationnels des modes Ν2 (déformation angulaire) et Ν3 (élongation antisymétrique), au moyen d'un spectromètre commercial IR par transformée de Fourier.<br />L'étude systématique en fonction de la concentration que nous avons réalisée à 4,2 K en matrice d'argon, montre qu'il existe deux régimes de conversion qui sont en compétition. Pour des dilutions [Ar/H2O] supérieures à 1000, les temps de conversion (~670 minutes) sont indépendants de la concentration et atteignent un plateau. Cette conversion qui n'est pas imputable à des effets parasites (impuretés moléculaires, exposition au rayonnement IR du spectromètre, influence du support, ...) est sans doute due à un processus d'origine intramoléculaire, accéléré par la matrice. Par contre, en dessous du 1000ème, une accélération très nette de la conversion avec l'augmentation de la concentration est observée (~180 minutes au 50ème), indiquant clairement une origine intermoléculaire. Nous avons, dans ce cadre, développé un modèle faisant intervenir des interactions magnétiques entre les spins nucléaires des protons appartenant à des molécules d'eau différentes, et des échanges d'énergie avec les phonons de la matrice. Ce modèle, qui ne dépend que de l'écart en énergie entre les niveaux de rotation et du taux de relaxation collisionnelle de la molécule isolée en matrice, autorise la conversion d'origine intermoléculaire à 4,2 K en ouvrant un canal de conversion couplant le premier niveau de rotation de chacun des isomères de spin. L'existence d'un deuxième canal, plus efficace d'un ordre de grandeur à 25 K, dû à un effet de population, explique l'accélération observée à température croissante.<br />La substitution de l'argon par du néon, du krypton ou du xénon, a permis de montrer, en accord complet avec le modèle, que le mécanisme d'origine intermoléculaire est plus efficace dans la matrice qui a le paramètre de maille le plus faible.

The present thesis is devoted to two major atmospheric species – water and oxygen. The absorption spectrum of the 1Delta band of six oxygen isotopologues near was recorded by very high sensitivity CW-CRDS at room temperature and at 80 K. The magnetic dipole-allowed (0-0) band is observed for 16O2, 16O18O, 16O17O, 17O18O, 18O2 and 17O2. The first laboratory detection of extremely weak quadrupole transitions in the (0-0) band of 18O2, 16O17O, 17O2 is reported together with the (1-1) hot band of 16O2, 18O2, 16O17O and 17O2. The partly resolved hyperfine structure of the 16O17O, 17O18O, 17O2 transitions is analysed. These measurements combined with microwave and Raman data available in the literature led to the determination of the best to date spectroscopic constants for the six oxygen isotopologues, including the 17O hyperfine coupling parameters for the 1Delta state. The high resolution absorption spectra of water isotopologues (D216O, HD16O and H218O) were recorded by ICLAS and FTS in the 8800–14100 cm-1 region. The spectrum analysis based on high accuracy variational calculations provided a considerable amount of new energy levels for each of the isotopologues under consideration. The experimental energy levels derived in this study and available in the literature allowed calculating the line positions at the level of experimental accuracy in the 6100–15200 cm-1 region that extends much further the range of the present recordings. / Cette thèse est consacrée à deux espèces atmosphériques majeures: la vapeur d'eau et l'oxygène. Le spectre d'absorption de la bande 1Delta des six isotopologues de l'oxygène vers 1.27 micron a été enregistré à température ambiante et à 80 K par la technique CW-CRDS de très haute sensibilité. La bande (0-0) permise par le dipôle magnétique est observée pour les espèces 16O2, 16O18O, 16O17O, 17O18O, 18O2 et 17O2. La sensibilité expérimentale atteinte a permis de détecter pour la première fois au laboratoire (i) des transitions quadrupolaires électriques extrêmement faibles dans la bande (0-0) de 18O2, 16O17O et 17O2, (ii) la bande chaude (1-1) de 16O2, 18O2, 16O17O et 17O2 (iii) la structure hyperfine des transitions de 16O17O, 17O18O et 17O2. Ces mesures combinées avec des données micro-ondes et Raman disponibles dans la littérature ont permis de déterminer les meilleures constantes spectroscopiques à ce jour, y compris les paramètres de couplage hyperfin de 17O pour l'état 1Delta des six isotopologues de l'oxygène. Les spectres d'absorption à très haute résolution des isotopologues D216O, HD16O et H218O de la vapeur d'eau ont été enregistrés par ICLAS et FTS entre 8800 et 14100 cm-1. L'analyse du spectre basée sur les calculs variationnels de haute précision a fourni une quantité importante de nouveaux niveaux d'énergie pour chacun des isotopologues considérés. Les niveaux d'énergie expérimentaux obtenus dans cette étude et disponibles dans la littérature ont permis de calculer des positions de raies au niveau de la précision expérimentale dans la gamme 6100-15200 cm-1 qui s'étend bien au-delà de la gamme des enregistrements présents.

The present study was largely concerned with measuring accurate absolute values for the electronic state excitation cross sections in H2O, in the incident electron energy range 15eV to 50eV. It is hoped that these data will eventually help to improve the current state of electron - molecule scattering theory, as well as being useful in various fields of modelling. As an illustration of this latter point, the cross sections determined here were used to calculate quantities of importance in atmospheric modelling, namely, electron energy transfer rates and rates for the excitation of water molecules by auroral secondary electrons.

Les machines à absorption LiBr/H2O, appliquées aux systèmes de rafraîchissement par compression chimique présentent des avantages et des inconvénients à l'heure de leur intégration dans des bâtiments de basse consommation. Grandes tailles et coûts de mise en œuvre élevés les rendent peu attractives. Le développement de modules évapo-absorbeur et desorb-condenseur compacts et multifonctionnels, utilisant des échangeurs à film ruisselants couplés peuvent être une solution pour réduire les coûts de mise en œuvre, et augmenter la compacité et le rendement global du processus d'absorption. L'étude se centre autour de l'absorption de la vapeur d'eau à basse pression au sein d'un film de bromure de lithium qui ruisselle sur des échangeurs à plaques verticales. Les objectifs de la thèse sont le développement d'un modèle théorique simple décrivant le transfert de chaleur et de masse et sa validation à l'aide d'expériences de référence. Le modèle analytique est construit à l'aide des méthodes intégrales mettant en ouvre un écoulement laminaire établit à l'entrée de l'absorbeur et des conditions de saturation à l'interface Nous avons résolu le problème couplé de transfert de masse et de chaleur en prenant en compte couches limites thermiques et diffusives. Une représentation adimensionnelle des transferts à l'aide des nombres de Nusselt et de Sherwood en fonction du nombre de Graetz permet de décrire de manière générale les différentes zones thermiques et diffusives. Les variations de la température et la concentration à l'interface sont prises en compte, en considérant la linéarité des équations de transfert et, en appliquant la théorie des perturbations. Un banc d'essais a été spécifiquement développé pour l'étude de l'absorption de vapeur sur des films ruisselants de bromure de lithium à basse Reynolds (Re < 500). Il permet de fixer l'état de la solution LiBr à l'entrée (température, concentration et débit) ainsi que les conditions aux limites (pression de vapeur, condition adiabatique ou de température imposée à la paroi verticale). Différentes géométries de plaque sont comparées aux résultats du model en vu de quantifier l'impact des effets de bord et des instabilités.

Cette thèse est consacrée à deux espèces atmosphériques majeures: la vapeur d'eau et l'oxygène. Le spectre d'absorption de la bande 1Delta des six isotopologues de l'oxygène vers 1.27 micron a été enregistré à température ambiante et à 80 K par la technique CW-CRDS de très haute sensibilité. La bande (0-0) permise par le dipôle magnétique est observée pour les espèces 16O2, 16O18O, 16O17O, 17O18O, 18O2 et 17O2. La sensibilité expérimentale atteinte a permis de détecter pour la première fois au laboratoire (i) des transitions quadrupolaires électriques extrêmement faibles dans la bande (0-0) de 18O2, 16O17O et 17O2, (ii) la bande chaude (1-1) de 16O2, 18O2, 16O17O et 17O2 (iii) la structure hyperfine des transitions de 16O17O, 17O18O et 17O2. Ces mesures combinées avec des données micro-ondes et Raman disponibles dans la littérature ont permis de déterminer les meilleures constantes spectroscopiques à ce jour, y compris les paramètres de couplage hyperfin de 17O pour l'état 1Delta des six isotopologues de l'oxygène. Les spectres d'absorption à très haute résolution des isotopologues D216O, HD16O et H218O de la vapeur d'eau ont été enregistrés par ICLAS et FTS entre 8800 et 14100 cm-1. L'analyse du spectre basée sur les calculs variationnels de haute précision a fourni une quantité importante de nouveaux niveaux d'énergie pour chacun des isotopologues considérés. Les niveaux d'énergie expérimentaux obtenus dans cette étude et disponibles dans la littérature ont permis de calculer des positions de raies au niveau de la précision expérimentale dans la gamme 6100-15200 cm-1 qui s'étend bien au-delà de la gamme des enregistrements présents.

This thesis presents surface science studies, investigating several aspects of titanium dioxide at the atomic scale. The greater part of this work is devoted to the preparation by chemical vapor deposition (CVD) of titanium(IV) tetraisopropoxide (TTIP) of ultrathin TiO2 or TiOx films on Au(111). Four ordered structures were growth and characterized. It was also demonstrated how the morphology of the film (wetting film vs island) can be tailored. The acquired knowledge about the CVD process was exploited to load nano porous gold with titania, enhancing its catalytic activity. The reactivity towards water adsorption of the titania structures on Au(111) was also investigated. Finally, part of this work concerned the studying of the behavior of water on the stoichiometric rutile TiO2(110) surface, combining the experiments with density-functional theory (DFT) calculations and (kinetic) Monte Carlo simulations. The main experimental techniques used in this work are low-energy electron diffraction (LEED), scanning tunneling microscopy (STM) and photoelectron spectroscopy (PES).

Les appareillages utilisant des gaz de coupure se sont fortement développés dans les réseaux haute et ultra-haute tension de par leur grande stabilité, leur faible maintenance, faible surface au sol, et leur configuration flexible. De nos jours, le SF6 est utilisé comme gaz principal dans la majeure partie des équipements de coupure haute tension, mais il reste un gaz à effet de serre dont les émissions sont néfastes pour l'environnement. Il devient donc indispensable de trouver des solutions alternatives au SF6 dans ces dispositifs électriques, comme son remplacement par des gaz moins polluants. Dans une optique de certification, des tests sont réalisés systématiquement pour évaluer les caractéristiques d'isolation du mélange sous une tension de fonctionnement, ici du CF3I/CO2. Les caractéristiques isolantes du gaz pur CF3I et des mélanges CF3I/CO2 sont testées sous différents types de défaut et l'influence des particules métalliques est évaluée au travers des propriétés thermodynamiques et des propriétés de transport d'un plasma CF3I contaminé par ces particules. Les performances globales du CF3I/CO2 (électriques et thermiques) sont donc évaluées sous des contraintes typiques et pour des matériaux métalliques différents. Enfin, l'impact de l'humidité (aléatoirement présente dans les dispositifs) sur la tenue diélectrique de l'appareil est étudié car sa présence peut avoir des conséquences dramatiques. / A large amount of gas insulated equipment are applied widely as the key part of power system. Gas insulated equipment develop quickly and used widely in high and ultra-high voltage field owing to its high stability, less maintenance work, smaller floor space, and flexible configuration. Nowadays, SF6 is adopted as the main insulation medium of gas insulated equipment, which is considered a kind of dangerous greenhouse gas to environment. Global climate warming caused by greenhouse effect brings disastrous consequences to our living conditions. Electric devices account much for the emission of SF6, which makes it urgent to find a kind of environment-friendly substitute insulating gas. Besides, the decomposed products of SF6 under discharge may be corrosive to internal material and poisonous to power workers. In the early period of global research and development of environment-friendly insulated devices, mastering the formula and key technique of substitute gas is vital to electrical development. According to the above circumstance, systematic investigation of the insulating characteristics of CF3I/CO2 mixed gases under power-frequency voltage was carried out firstly, which could provide useful information for the best mixed ratio of CF3I/CO2 and the design of internal structure in matching devices. Then insulating characteristic of CF3I/CO2 and CF3I were tested under a kind of normal insulating defect of free metal particles defect, and the influence of metal particles on the thermodynamic characteristics and transmission properties of CF3I discharge plasma were calculated theoretically. The overall performance of CF3I/CO2 under typical defects were tested for the choice of internal metal materials of electrical devices. Finally, the influence of moisture, the main hazardous material on gas insulated equipment, on the insulating performance of CF3I were conducted experimentally and theoretically, which proved the harmful effect of moisture on the new insulating medium and provided theoretical foundation for the standard constitution of moisture content.