The transition from fossil fuels to renewable resources has created more demand for energy storage devices. Lithium-oxygen (Li-O2) batteries have attracted much attention due to their high theoretical energy densities. They, however, are still in their infancy and several fundamental challenges remain to be addressed. Advanced analytical techniques have revealed that all components of a Li-O2 battery undergo undesirable degradation during discharge/charge cycling, contributing to reduced cyclability. Despite many attempts to minimize the anode and cathode degradation, the electrolyte remains as the leading cause for rapid capacity fading and poor cyclability in Li-O2 batteries. In this dissertation, composite gel polymer electrolytes (cGPEs) consisting of a UV-curable polymer, tetragylme based electrolyte, and glass microfibers with a diameter of ~1 µm and an aspect ratio of >100 have been developed for their use in Li-O2 battery application. The Li-O2 batteries containing cGPEs showed superior charge/discharge cycling for 500 mAh.g-1 cycle capacity with as high as 400% increase in cycles for cGPE over gel polymer electrolytes (GPEs). Results using in-situ electrochemical impedance spectroscopy (EIS), Raman spectroscopy, and scanning electron microscopy revealed that the source of the improvement was the reduction of the rate of lithium carbonates formation on the surface of the cathode. This decrease in formation rate afforded by cGPE-containing batteries was possible due to the decrease of the rate of electrolyte decomposition. The increase in solvated to the paired Li+ ratio at the cathode, afforded by increased lithium transference number, helped lessen the probability of superoxide radicals reacting with the tetraglyme solvent. This stabilization during cycling helped prolong the cycling life of the batteries. The effect of ion complexes on the stability of liquid glyme based electrolytes with various lithium salt concentrations has also been investigated for Li-O2 batteries. Charge/discharge cycling with a cycle capacity of 500 mAh·g-1 showed an improvement as high as 300% for electrolytes containing higher lithium salt concentrations. Analysis of the Raman spectroscopy data of the electrolytes suggested that the increase in lithium salt concentration afforded the formation of cation-solvent complexes, which in turn, mitigated the tetragylme degradation.

Le tabagisme est reconnu comme une dépendance comparable aux autres dépendances : alcool, opiacées et autres psycho-stimulants. Les mécanismes responsables de l'initiation et du maintien de l'addiction sont également impliqués dans les déviations comportementales en général, comme les déviations nutritionnelles, les compulsions.... La nicotine de la feuille de tabac est très toxique, dès son absorption, elle atteint le cerveau et tout l'organisme, active ses récepteurs et produit des effets toxiques et des adaptations homéostatiques. L'importance de ses effets va dépendre de la dose, du mode d'administration, de la chronicité, de l'effet considéré, du génome considéré et des interactions avec son principal dérivé, la cotinine. La cotinine résulte de l'addition d'un atome d'oxygène en position α du noyau pyrrolidine. Les conséquences de cette métabolisation ont été évaluées, dans l'étude présente, en partant des structures chimiques de ces deux alcaloïdes jusqu'à l'isolement des mécanismes biochimiques, neurochimiques, moléculaires et comportementaux de leurs actions. Ces différents mécanismes ont été validés par une étude intégrative en pointant le monoxyde d'azote NO comme un médiateur de la dépendance tabagique, en accord avec les données de l'étude bibliographique qui impliquent ce même médiateur dans toutes les dépendances. Les mécanismes à la base des prédispositions, le début et les raisons de l'évolution vers un état dépendant et les raisons des rechutes font l'objet d'intenses investigations. Les travaux dans ce domaine suggèrent que certaines modifications des protéines transmettent un signal de longue durée et que les espèces réactives de l'oxygène et du nitrogène sont à la base des mécanismes de potentialisation et de dépression à long terme. Notre travail montre une absence de toxicité pour la cotinine [422,423], une activité psychostimulante pure [414], une pharmacologie nouvelle non nicotinique [416,417,419,422,423], un passage actif [415] dans le cerveau régulé par le système nicotinique périphérique [412,421], la forme endogène et exogène de la cotinine [424], la médiation d'activité anti stress du récepteur p40 de la cotinine [420] et son homologie avec les protéines humaines impliquées dans les réactions inflammatoires [36,161], stimulatrice paracrine de la croissance cellulaire [55], un rôle dans la libération de dopamine, la production d'un stress oxydant par l'administration de la cotinine [418], un renforcement dans le contexte des approches flexibles, la participation forte des états émotionnels et d'anxiété à l'action anxiolytique de l'administration et anxiogène du retrait de la cotinine. Ils permettent de proposer que la nicotine agit directement et indirectement par sa conversion en cotinine. Cette dernière agit par ses récepteurs, au niveau central par la p40, pour moduler les taux de dopamine avec des conséquences sur l'apprentissage, la récompense, le stress oxydatif, l'anxiété et les réponses potentialisées et déprimées à long terme. Comme conclusion, nos travaux permettent de proposer de nouvelles cibles pharmacologiques, méthodes et concepts permettant de comprendre à l'échelle biochimique, neurochimique, moléculaire et comportemental l'addiction tabagique. L'espoir est d'utiliser ces connaissances pour différencier les susceptibilités et développer de nouvelles approches préventives et thérapeutiques.

Doped ZnO nanoparticles were synthesized by three different methods – electrochemical deposition under oxidizing conditions (EDOC) , combustion method and wet chemical synthesis – for investigating the oxygen gas sensing response. Ga-doped ZnO was mostly synthesized but also In-doped ZnO was made. The samples were analyzed by XRD, SEM, EDX and TEM. Gas response curves are given alongside with Langmuir fitted curves and data for pure ZnO and Ga-doped ZnO. DFT quantum chemical investigation of cluster models ZnO nanoparticles were performed to evaluate defect effects and oxygen and nitrogen dioxide reactions with the ZnO surface. Defects were investigated by DOS and HOMO-LUMO plots , and are oxygen vacancy, zinc vacancy, zinc interstitial and gallium doping by replacing zinc with gallium. Oxygen and nitrogen dioxide reactions were investigated by computing Mulliken charges, bond lengths, DOS spectra and HOMO-LUMO plots.

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During photosynthesis Plantaginaceae species can produce glucose derivatives such as iridoid glycosides and alcohol sugars that in addition to sucrose can be exported from leaves. Plantago lanceolata transported sorbitol in addition to sucrose especially at warmer leaf temperatures. However, two iridoids, catalpol and aucubin, found in P. lanceolata were not readily labelled from 14CO2 under any conditions examined. In contrast, in two greenhouse, cut-flower cultivars of Antirrhinum majus the iridoids, antirrhinoside and antirrhide, were readily 14C-labelled along with sucrose but little 14C was recovered in alcohol sugars (e.g., mannitol). The amount of 14C-partitioned into antirrhinoside increased at higher temperatures. Exposing leaves of P. lanceolata and A. majus to reduced-photorespiratory conditions (e.g. short-term CO2 enrichment and/or low O2) increased fixation and export. Under low O2 in P. lanceolata sorbitol 14C-labelling increased relative to sucrose and in A. majus 14C-labelling of sucrose increased relative to antirrhinoside. Also 14C-labelling of antirrhide increased more than antirrhinoside. During both short-term and long-term acclimation to high CO2, whole plant NCER, leaf photosynthesis and export increased in A. majus. Taken together the temperature and CO2 enrichment studies show plasticity in Plantaginaceae species to synthesize and transport sucrose and auxiliary glucose esters and alcohol sugars in a species-specific manner (depending on the rate of carboxylation).

Les oxydes La2Mo2-yWyO9 (1,0 ≤y ≤ 2,0) ont été obtenus par voie de synthèse solide-solide et caractérisés par diffraction des rayons X (température ambiante et en température) ainsi que par analyse thermique différentielle. Un diagramme de phase de ce système est proposé. Les phases thermodynamiquement stables à température ambiante sont : pour 1,0≤ y ≤1,2 une solution solide de type β-La2Mo2O9 (cubique); pour 1,3≤ y ≤1,575 un domaine biphasique de phases de type β-La2Mo2O9+ α-La2W2O9 et pour 1,6≤ y ≤2,0 une solution solide de type α-La2W2O9. Dans le domaine biphasique, une distribution inhomogène du tungstène est suspectée. Il est clair que les composés à teneur en tungstène supérieure à y=1,2 ne conviennent pas pour utilisation en piles à combustibles à oxydes solides.Des études de diffusion cationiques par SIMS ont été menées sur des couples La2Mo2O9 (LMO)/La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) après leurs recuits à haute température. Des cristaux de LaMnO3 en forme de barreau ont été observés sur les pastilles de LMO et la croissance d’une phase de type SrMoO4 a été constatée sur la pastille LSM. Des hypothèses expliquant les mécanismes possibles de diffusion sont présentés. Les coefficients de diffusion en volume du strontium et du manganèse dans LMO et du molybdène dans LSM sont estimés proches respectivement de 1x10-20 cm2.s-1 et 1x10-15 cm2.s-1 à 800°C. Des études similaires de diffusion ont été menées par dépôts de solutions riches en cations manganèse et strontium sur des pastilles de LMO et d’une solution riche en cation molybdène sur une pastille de LSM. Après recuit, la formation de cristaux de LaMnO3 au niveau de la zone de dépôt de la solution de manganèse a été observée. Les coefficients de diffusion du molybdène dans LSM et du strontium dans LMO semblent être beaucoup plus importants -proches de 1-2x10-10cm2.s-1 à 1150°C- que ceux obtenus lors des mesures sur couple LMO/LSM. De par leur réactivité, le couple LMO/LSM ne semble pas adapté pour une application dans le domaine des piles à combustible, sauf si une couche tampon appropriée les sépare.Les stabilités de LMO et de LMO dopé tungstène ont été étudiées sous atmosphères réductrices. Suivant le taux de perte en oxygène, des changements structuraux successifs ont été observés : de phase LMO à La7Mo7O30(7730), phase amorphe réduite La2Mo2O7-δ et décomposition partielle sous forme de molybdène métallique. Le domaine de stabilité de La2Mo2-yWyO9 sous faible pression de O2 ne semble pas dépendant du taux de tungstène alors que la cinétique de réduction, elle, évolue avec y. En revanche, la limite de stabilité de la phase 7730 apparait dépendante du taux de tungstène. La phase réduite amorphe existe sur un large domaine de stoechiométrie en oxygène (7-δ de 6,69 à 6,20), cependant sa stabilité vs. PO2 reste à démontrer. Les mesures de résistivité conduites sur un échantillon amorphe de La2Mo2O7-δ de faible compacité et sans fissure ont montré une augmentation significative de la conductivité (> 1 S.cm-1 à 1000 K) vis-à-vis de La2Mo2O9, avec une pseudo-énergie d’activation de 0.255eV. Il a été supposé qu’une conductivité électronique de type n résulte de la réduction partielle des cations Mo6+ en Mo3+ et Mo4+. / La2Mo2-yWyO9 (y = 1.0 to 2.0) oxides were synthesized by conventional solid state route and studied by XRD, TC-XRD and DTA. A phase diagram of the series was proposed. The thermodynamically stable phases at room temperature are: for 1.0≤ y ≤1.2 a cubic β-La2Mo2O9 type solid solution, for 1.3≤ y ≤1.575 a biphasic mixture of β-La2Mo2O9 type + α-La2W2O9 type phases, and for 1.6≤ y ≤2.0 a triclinic α-La2W2O9 type solid solution. Inhomogeneous distribution of W is suspected in the biphasic samples. It is clear that the compounds above y =1.2 are not suitable for SOFC applications.Cationic diffusion studies were performed using SIMS on La2Mo2O9 (LMO)/La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) annealed couples. Rod shaped LaMnO3 grains were observed on LMO pellet and SrMoO4 type phases were seen to be growing on LSM pellet. Hypotheses for possible reaction mechanisms are presented. Bulk diffusion coefficients of Sr and Mn in LMO and of Mo in LSM are extrapolated to be around 1x10-20 cm2.s-1 and 1x10-15 cm2.s-1, respectively, at 800oC. Similar diffusion studies were performed by depositing Mn and Sr cation rich solutions on LMO pellets and Mo rich solution on LSM pellet. Mn solution was observed to be forming, upon annealing, LaMnO3 single crystals on the surface of the LMO pellet. Mo in LSM and Sr in LMO diffusion coefficients appear to be much higher than in LMO/LSM couple experiments, namely around 1-2x10-10cm2.s-1 at 1150°C. Because of the reactivity, LMO/LSM couple is not desirable for SOFC applications, unless an appropriate buffer layer separates them.The stability of LMO and W-LMO was studied under reductive atmospheres. Successive structural changes from LMO to La7Mo7O30 (7730), an amorphous reduced phase La2Mo2O7-δ, and partial decomposition to metallic Mo were observed as a function of oxygen loss. The pO2 stability domain of La2Mo2-yWyO9 did not appear to change with W content, but the reduction kinetics varied with y. At reverse, the stability limit of the 7730 phase was found to be dependent on W content. The amorphous reduced phase can accommodate a wide range of oxygen stoichiometry (7-δ from 6.69 to 6.20), but its stability vs. pO2 is questioned. Resistivity measurements performed on a low compacity crack-free amorphous La2Mo2O7-δ sample showed significant increase in the conductivity (> 1 S.cm-1 at 1000 K) relative to La2Mo2O9, with a pseudo activation energy 0.255eV. It is postulated that n-type electronic conductivity arises from partial reduction of hexavalent Mo6+ to a mixture of Mo3+ and Mo4+.

Les légumineuses sont connues pour leurs capacités à établir une relation symbiotique avec des bactéries du sol fixatrices de l'azote atmosphérique. Cette interaction aboutit à la formation d'un nouvel organe au niveau des racines, la nodosité, au sein duquel le symbiote convertit l'azote atmosphérique (N2) en ammoniac, qui peut être directement consommé par les plantes. A l’intérieur de cette nodosité, la concentration en oxygène (O2) est maintenue à un très faible niveau car la réaction de réduction du N2 par l’enzyme bactérienne nitrogénase est inhibée par des traces d’oxygène. Un mécanisme de perception directe de l'O2 impliquant des membres de la famille des facteurs de transcription « Ethylene Responsive Factors » (ERFs) du groupe VII a récemment été découvert chez Arabidopsis thaliana. Ces facteurs de transcription (FT) possèdent une extrémité N-terminale caractéristique avec un résidu de cystéine à la seconde position. Dans des conditions normales d'O2, les FT sont conduit à la dégradation suivant une voie spécifique du protéasome. En condition de stress hypoxique, les TFs sont stabilisés et peuvent activer l’expression des gènes de réponse à l'hypoxie. Il a été démontré que la présence d’O2 et de NO était nécessaire pour déstabiliser ces protéines, et qu'une réduction de la disponibilité de l'un ou l'autre des gaz est suffisante pour protéger le résidu cystéine N-terminale de l'oxydation. L’objectif de cette thèse a été d'étudier le rôle de la famille ERF-VII dans la perception et l'adaptation au manque d'O2 chez M. truncatula. Des travaux ont aussi été menés pour déterminer l’importance du NO dans le fonctionnement en microoxie de la nodosité. Quatre gènes codant pour des facteurs de transcription de la famille ERF-VII ont été identifiés dans le génome de M. truncatula. La caractérisation de cette famille au niveau transcriptionnel a révélé que seul MtERF-B2.2 était induit par le stress hypoxique et au cours du développement des nodosités. Les trois autres, MtERF-B1.1, MtERF-B1.11 et MtERF-B2.3, sont constitutivement exprimés dans les feuilles, les racines et les nodosités. Pour étudier la stabilité de la protéine MtERF-B2.1, l’orthologue de RAP2.12 principal ERF-VII décrit dans la perception de l’O2 chez Arabidopsis, en fonction de la disponibilité de O2/NO, nous avons réalisé une protéine de fusion entre l’extrémité N-terminale de notre protéine et la protéine rapporteur luciférase. Les résultats obtenus sur des protoplastes d'Arabidopsis montrent l’implication la partie N-terminale de MtERF-B2.1 dans la régulation de la stabilité de la protéine, mais en contradiction avec les résultats obtenus en plantes composites de M. truncatula. La fonction de MtERF-B2.1 et MtERF-B2.11 a également été étudiée dans le cadre de la réponse au stress hypoxique et au cours du processus de nodulation en utilisant une stratégie d'interférence ARN. Des racines transgéniques dérégulées sur l’expression de MtERF-B2.1 et MtERF-B2.11 ont montré un défaut d’activation de plusieurs gènes de réponses à l'hypoxie tels que l’alcool déshydrogénase (ADH1) ou la pyruvate décarboxylase (PDC1). Ces racines transgéniques ARNi-MtERF-B2.1/B2.11 sont également affectées dans l'interaction symbiotique avec une réduction significative de la capacité de nodulation et de l'activité de fixation de l'azote dans les nodules matures. En conclusion, ces travaux révèlent que le mécanisme de détection d'O2 est médié par les ERF-VII dans les nodosités de M. truncatula et que ce mécanisme, associé aux cibles moléculaires régulées en aval, participe au développement de cet organe et au maintien de la capacité de fixatrice de celui-ci. De plus, les résultats indiquent que MtERF-B2.1/B2.11 sont des régulateurs positifs du métabolisme anaérobie et que les gènes associés au cycle hémoglobine-NO sont susceptibles d'activer d'autres voies de génération d'ATP. / Legume crops are known for their capacities to establish a symbiotic relationship with nitrogen fixing soil bacteria. This mutualism culminates in the formation of a new plant organ, the root nodule, in which the symbiont converts atmospheric nitrogen (N2) into ammonia, which can be directly consumed by plants. In nodules, bacterial nitrogenase enzyme is inhibited by traces of oxygen (O2) so different mechanisms maintain this organ at low O2 level. At the same time, nodules need to maintain a high ATP level to support the nitrogenase activity, which is highly energy demanding. Thus, a balance between a tight protection from O2 and an efficient energy production, referred as the “O2 paradox” of N2-fixing legume nodules, has to be reached. In Arabidopsis thaliana, a direct oxygen sensing mechanism has recently been discovered involving members of the ethylene responsive factors (ERFs) group VII. These transcription factors (TFs) possess a characteristic N-terminal amino acid with a cysteine residue at the second position that, under normal O2 conditions, leads to protein degradation following a specific pathway called the N-end rule pathway. Furthermore, it was shown that both O2 and nitric oxide (NO) are required to destabilize the ERFs VII and that a reduction in the availability of either gas is sufficient to stabilize these proteins. Therefore, the goal of this thesis was to investigated the role of ERF-VII family in O2 sensing and adaptation to hypoxia in M. truncatula, model plant for legumes, and to understand how NO interacts with O2 in hypoxic signalization in the microoxic environment that characterizes the nodule. We identified four genes belonging to the ERF-VII TF family in the M. truncatula genome, which present a strong similarity with ERF-VII of Arabidopsis. The characterization of this family at the transcriptional level revealed that only MtERF-B2.2 is up-regulated by hypoxia stress and during nodule development. The three others, MtERF-B1.1, MtERF-B1.11 and MtERF-B2.3 are found constitutively expressed in leaves, roots and nodules. To investigated the protein stability of MtERF-B2.1, the closest orthologous to AtRAP2.12 described as O2-sensors in Arabidopsis, in function of O2/NO availability, we realized a fusion protein with the luciferase reporter protein. Our results on Arabidopsis protoplasts indicated that the N-terminal part of MtERF-B2.1 drives its O2-dependent degradation by the N-end rule pathway. The function of MtERF-B2.1 and MtERF-B2.11 was also investigated both in response to hypoxia stress and during the nodulation process using an RNA interference strategy. Silencing of MtERFB2.1 and MtERF-2.11 showed a significant lower activation of several core hypoxia-responsive genes such as ADH1, PDC1, nsHb1 and AlaAT. These double knock-down transgenic roots were also affected in symbiotic interaction with a significant reduction of the nodulation capacity and nitrogen fixation activity in mature nodules. Overall, the results reveal that O2 sensing mechanism is mediated by ERF-VIIs in M. truncatula roots and nodules and that this mechanism, together with downstream targets, is involved in the organ development and ability to efficiently fix nitrogen. Furthermore, results indicated that MtERF-B2.1/B2.11 are positive regulator of the anaerobic metabolism and the Hb-NO cycle– related genes likely in order to activate alternative ATP generation pathways.

Aim The main aim of this study was to investigate the longitudinal effects on cycling performance using a polarized and periodized scheme that was highly supervised and controlled. The second aim was to investigate the effect of using Hyperoxia. The questions used to address the aim were: (1) How does overall performance change after a six-week training intervention? (2) What is the time-course and pattern of performance changes to the training scheme? (3) How does the performance change within the groups?   Method Nineteen male and female cyclists started the study (13 male and 6 female), however only 12 completed it (8 male and 4 female). The characteristics for the 12 subjects were:  age (year) 33.6 ± 6.8, height (cm) 177 ± 9.1, body mass (kg) 73.4 ± 8.8. Using a randomized, double blind design, the test subjects were divided in to hyperoxia (HOT) (n = 6) and normoxia (NOT) (n = 6) training groups.  Over a six week period the subjects followed a controlled polarized periodization that included 15 high intensity interval training (HIIT) sessions (3 x 8 min, 3 x 8 + 4 min, 4 x 8 min & 4 x 4 min) on maximal sustainable intensity (isoeffort) on a cycle ergometer. The dosage of oxygen was administered intermittently by the oxelerate device. A 20 min all out test was performed as pre- and post test.    Results The whole group (n = 12) increased mean power output (W) by 6.4 % (P = 0.002). The relative power output (W/kg) increased significantly 8.2 % (P = 0.0011). The HOT group (n = 6) increased their power output by 8.3 % (P = 0.028) and their relative power output increased by 9.4 % (P=0.011). The whole group (P = 12) significantly increased their VO2mean by 4.1 % (P = 0.03) and in the relative value by 5.4 % (P = 0.01) on the 20 min all out test. The whole group also had a significant increase in VO2peak of 3.7 % (P = 0.04). A very strong correlation could be found between the training data and the performance test.   Conclusions The training intervention was favourable for increasing performance and VO2peak in cycling. Usage of hyperoxia during the training intervention increases the performance. / Syfte och frågeställningar Huvudsyftet med denna studie var att undersöka de longitudinella effekter på prestation i cykling med hjälp av ett polariserat och periodiserat träningsupplägg som var väl övervakat och kontrollerat. Det andra syftet var att undersöka effekten av att använda hyperoxi. De frågeställningar som hjälpte att besvara syftet var: (1) Hur förändras prestationen efter en sex veckors träningsintervention? (2) Hur anpassar sig försökspersonerna till träningsschemat över tid?  (3) Hur förändras prestationen inom grupperna?   Metod 19 manliga och kvinnliga cyklister deltog i studien (13 manliga och 6 kvinnliga), 12 fullföljde hela studien (8 manliga och 4 kvinnliga). Karaktäristiken för de 12 försökspersonerna var: ålder (år) 33.6 ± 6.8, längd (cm) 177 ± 9.1, vikt (kg) 73.4 ± 8.8. Försökspersonerna delades in i hyperoxi (HOT) (n = 6) och normoxi (NOT) (n = 6), studien var dubbelblind. Under sex veckor följde försökspersonerna en kontrollerad polariserad periodisering som inkluderade 15 högintensiva intervallträningspass (HIIT) (3 x 8 min, 3 x 8 + 4 min, 4 x 8 min & 4 x 4 min) på högsta genomförbara intensitet (isoeffort) på cykelergometer. Doseringen av syre administrerades intermittent genom Oxelerate-enheten. Ett 20 min all-out test utfördes som för- och eftertest.   Resultat Hela gruppen (n = 12) ökade signifikant på prestationstestet (W) med 6.4 % (P = 0.002). Den relativa effekten (W/kg) ökade signifikant med 8.2% (P = 0.0011). HOT (n = 6) ökade signifikant på prestationstestet med 8.3% (P = 0.028) och den relativa effekten ökade med 9.4% (P = 0.011). Hela gruppen (n = 12) ökade signifikant i VO2medel under prestationstestet med 4.1 % (P = 0.03) och i det relativa värdet med 5.4 % (P = 0.01). Hela gruppen hade också en signifikant ökning av VO2peak med 3.7 % (P = 0.04). En mycket stark korrelation hittades mellan träningspassdata och prestationstestet.   Slutsats Träningsupplägget är gynnsamt för ökning av prestation och VO2peak i cykling. Användning av hyperoxi under träningsupplägget ökar prestationen.