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The transport of contaminants in groundwater system is strongly influenced by various aquifer heterogeneity factors such as spatial aquifer heterogeneity of hydraulic conductivity and reactive substances distribution. The contaminants transport can be simulated by using numerical reactive transport models, and their fate can be possibly even predicted. Furthermore, reactive transport modeling is an essential tool to get a profound understanding of hydrological-geochemical complex processes and to make plausible predictions of assessment. The goal of this work is to improve our understanding of the groundwater contaminants fate and transport processes in heterogeneous aquifer systems, with a focus on nitrate problems. A large body of knowledge of the fate and transport of nitrogen species has been achieved by previous works, however, most previous models typically neglect the interrelation of physical and chemical aquifer heterogeneities on the contaminant fate and redox transformation, which is required for predicting the movement and behavior of nitrate and quantifying the impact of uncertainty of numerical groundwater simulation, and which motivates this study. The main research questions which are answered in this work are how aquifer heterogeneity influences on the nitrate fate and transport and then, what is the most influential aquifer heterogeneity factor must be considered. Among the various type of aquifer heterogeneity, physical and chemical aquifer heterogeneities are considered. The first part of the work describes groundwater flow system and hydrochemical characteristics of the study area (Hessian Ried, Germany). Especially, data analyses are performed with the hydrochemical data to identify the major driving force for nitrate reduction in the study area. The second part of the work introduces a kinetic model describing nitrate removal by using numerical simulation. The resulting model reproduces nitrate reduction processes and captures the sequence of redox reactions. The third and fourth parts show the influence of physical and chemical aquifer heterogeneity with varying variance, correlation length scale, and anisotropy ratio. Heterogeneous aquifer systems are realized by using stochastic approach. Results, in short, show that the most influential aquifer heterogeneity factors could change over time. With abundant requisite electron donors, physical aquifer heterogeneity significantly influences the nitrate reduction while chemical aquifer heterogeneity plays a minor role. Increasing the spatial variability of the hydraulic conductivity increases the nitrate removal efficiency of the system in addition. If these conditions are reversed, nitrate removal efficiency varies by the spatial heterogeneity of the available initial electron donor. The results indicate that an appropriate characterization of the physical and chemical properties can be of significant importance to predict redox contamination transport and design long-term remediation strategies and risk assessment.

For passive (classical) materials, stress and strain are used to extract the material behavior from the sample behavior in a tensile test. In analogy, the actuation behavior of active (smart) materials can be normalized. In the present research, we show the normalization using the example of hydrogels that react with a volume change (swelling and deswelling) when exposed to stimulus-changes like temperature, chemical concentrations, pH or light intensity changes. The normalized behavior can then be implemented with the Temperature-Expansion-Model which is based on the analogy of active behavior with thermal expansion. This allows the simulation of arbitrary active structures and the extraction of the sensitivity measure to a stimulus.

In der vorliegenden Arbeit werden in einer Guided-Ion-Beam - Apparatur Ionen-Molekuel-Reaktionen einfacher Kohlenwasserstoffsysteme in der Gasphase untersucht. Dabei werden die Methoden zur Messung von differentiellen und integralen Querschnitten auf polyatomare Systeme uebertragen und insbesondere der Informationsgehalt differentieller Querschnitte fr komplexere, polyatomare Reaktionssysteme analysiert. Es werden Reaktionen zwischen dem Methyl-Kation (CH3+/CD3+) und den Neutralmolekuelen Methan, Ethan, Propan, Ethen und Propen untersucht. Fuer Stossenergien zwischen 0.1 eV und 7 eV werden absolute Ratenkoeffizienten der einzelnen Reaktionskanaele gemessen und aus der Analyse der Produktgeschwindigkeitsverteilungen eine Zuordnung zu grundlegenden Reaktionsmechanismen vorgenommen. Durch Vergleich der Einzelergebnisse zeigen sich grundlegende Gemeinsamkeiten, aber auch entscheidende Unterschiede in der Reaktionsdynamik kleiner Kohlenwasserstoffsysteme. Fuer die Reaktionen mit Alkanen wird ein umfassendes Reaktionsmodell diskutiert. Die apparative Erweiterung um einen 22-Pol-Zwischenspeicher erlaubt die Relaxation angeregter Primaerionen. An zwei Beispielen wird die Funktionsfaehigkeit demonstriert.

In unserem täglichen Leben begegnen wir Tropfen oft in physikalischen Systems, beispielsweise als Öltropfen in Salatsoße. Diese Tropfen sind meist chemisch inaktiv. In biologischen Zellen bilden Proteine und RNA zusammen Tropfen. Zellen sind chemisch aktiv, so dass die Tropfenkomponenten neu gebildet, abgebaut und modifiziert werden können. In dieser Doktorarbeit wird das dynamische Verhalten von chemisch aktiven Tropfen mit analytischen und numerischen Methoden untersucht. Um das dynamische Verhalten von solchen aktiven Tropfen zu untersuchen, benutzen wir ein Minimalmodell mit zwei Komponenten, die zwei Phasen bilden und durch chemische Reaktionen ineinander umgewandelt werden. Die chemischen Reaktionen werden durch das Brechen von Detailed Balance aus dem Gleichgewicht gehalten, so dass die Tropfen chemisch aktiv sind. Wir konzentrieren uns auf den Fall, in dem Tropfenmaterial im Tropfen in die äußere Komponente umgewandelt wird, und in der äußeren Phase erzeugt wird. Wir finden ein vielfältiges dynamisches Phasendiagramm mit Regionen, in denen Tropfen schrumpfen und verschwinden, Regionen, in denen Tropfen eine stabile stationäre Größe besitzen, und Regionen, in denen eine Forminstabilität zu komplexer Tropfen-Dynamik führt. In der letzten Region deformieren sich Tropfen typischenweise prolat, verformen sich zu einer Hantel, und teilen sich in zwei Tochtertropfen, die wieder anwachsen. Dies kann zu Zyklen von Wachstum und Teilung von Tropfen führen, bis die Tropfen das gesamte Volumen füllen. Während spherische Tropfen durch die chemischen Reaktionen entgegen ihrer Oberflächenspannung deformiert werden, können Tropfen- Zylinder und Platten durch chemische Reaktionen stabilisiert werden. Generell ist die Dynamik von Tropfen ein hydrodynamisches Problem, da die Oberflächenspannung von deformierten Tropfen hydrodynamische Flüsse erzeugt. Wir finden, dass chemische Reaktionen entgegen die Oberflächenspannung Arbeit verrichten können, so dass die Tropfenteilung auch unter Berücksichtigung hydrodynamischer Flüsse möglich ist. Diese Doktorarbeit zeigt, dass die Kombination von chemische Reaktionen und Phasenseparation unter Nichtgleichgewichtsbedingungen zu neuem dynamischen Verhalten führen kann. Die Ergebnisse zeigen die Relevanz von chemischen Reaktionen zum Verständnis von Phasenseparation in biologischen Systemen auf, und können bei der Umsetzung der diskutierten Phänomene in experimentellen Systemen helfen. Die Tropfenteilung, die in dieser Doktorarbeit diskutiert wird, erinnert an die Teilung von biologischen Zellen. Davon motiviert schlagen wir vor, dass die Teilung von chemisch aktiven Tropfen ein Mechanismus für die Replikation von Tropfen-artigen Protozellen am Ursprung des Lebens gewesen sein könnte.:1. Introduction 2. Theory of multi-component phase-separating systems with chemical reactions 3. Minimal model for chemically active droplets in two formulations 4. Shape instability of spherical droplets with chemical reactions 5. Dynamical behavior of chemically active droplets 6. Shape instability of droplets with various geometries 7. Role of hydrodynamic flows in chemically driven droplet division 8. Chemically active droplets as a model for protocells at the origin of life 9. Conclusion Appendices / In our everyday environment, we regularly encounter liquid-liquid phase separation in physical systems such as oil droplets in vinegar. These droplets tend to be chemically inert. In biological cells, protein and RNA may together form liquid droplets. Cells are chemically active, so that droplet components can be created, degraded and modified. In this thesis we study the influence of nonequilibrium chemical reactions on the shape dynamics of a droplet theoretically, using analytical and numerical methods. To discuss the dynamical behavior that results from combining phase separation and chemical reactions in sustained nonequilibrium conditions, we introduce a minimal model with only two components that separate into distinct phases. These two components are converted into each other by chemical reactions. The reactions are kept out of equilibrium by breaking of detailed balance, so that the droplet becomes active. We concentrate on the case where the reaction inside the droplet degrades droplet material into the outer component, and where the reaction outside creates new droplet material. We find that chemically active droplets have a rich dynamic phase space, with regions where droplets shrink and vanish, regions where droplets have a stable stationary size, and regions where the flux-driven instability leads to complex dynamic behavior of droplets. In the latter, droplets typically elongate into a dumbbell shape and then split into two symmetrical daughter droplets. These droplets then grow until they have the same size as the initial droplet. This can lead to cycles of growth and division, so that an initial droplet divides until droplets fill the simulation volume. We analyze the stationary spherical state of the droplet, which is created by a balance of the fluxes driven by the chemical reactions. We find that stationary droplets may have a shape instability, which is driven by the continuous fluxes across the droplet interface and which may trigger the division. We also find that while reactions may destabilize spherical droplet shapes despite the surface tension of the droplet, they can have stabilizing effects on cylindrical droplets and droplet plates. Generally, the shape dynamics of droplets is a hydrodynamic problem because surface tension in non-spherical droplets drives hydrodynamic flows that redistribute material and deform the droplet shape. We therefore study the influence of hydrodynamic flows on the shape changes of chemically active droplets. We find that chemical reactions in active droplets can perform work against surface tension and flows, so that the droplet division is possible even in the presence of hydrodynamic flows. The present thesis highlights how the combination of basic physical behaviors – phase separation and chemical reactions – may create novel dynamic behavior under sustained nonequilibrium conditions. The results demonstrate the importance of considering chemical reactions for understanding the dynamics of droplets in biological systems, as well as proposes a minimalist model for experimentalists that are interested in creating a system of dividing droplets. Finally, the division of chemically active droplets is reminiscent of the division of biological cells, and it motivates us to propose that chemically active droplets could have provided a simple mechanism for the self-replication of droplet-like protocells at the origin of life.:1. Introduction 2. Theory of multi-component phase-separating systems with chemical reactions 3. Minimal model for chemically active droplets in two formulations 4. Shape instability of spherical droplets with chemical reactions 5. Dynamical behavior of chemically active droplets 6. Shape instability of droplets with various geometries 7. Role of hydrodynamic flows in chemically driven droplet division 8. Chemically active droplets as a model for protocells at the origin of life 9. Conclusion Appendices

Within this thesis, nuclear resonance fluorescence experiments were analyzed which have been performed at the gamma ELBE facility of the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf and the HI gamma S facility of the Triangle Universities Nuclear Laboratory. The dipole strength up to the neutron separation energy, its distribution as well as its split into electric and magnetic strength were determined. The influence of crucial nuclear parameters, like deformation and neutron excess, on the data was investigated. For the first time a whole set of enriched gaseous targets was measured in the energy region close to the neutron separation threshold. At ELBE the scattering of photons on four different isotopes 124, 128, 132, 134 Xe was investigated by irradiating containers with enriched target material with a broad bremsstrahlung distribution. The endpoint energies were chosen to be 12MeV. This ensures excitations up to the neutron separation threshold. The two isotopes 128, 134 Xe were measured in an additional campaign at HI gamma S facility. The region below the threshold was explored in detail in these experiments. A second, more model-independent determination of the cross section was possible. The work shows, how the measured spectra taken with high-purity germanium detectors, have to be corrected for several, partly overlapping effects in order to determine the complete excitation strength. The calculation of different backgrounds, detector response functions and the influence of inelastic scattering constitute the main part of the presented work. With the help of GEANT4 simulations the amount of not-nuclear scattered photons was estimated. GEANT4 was also used to test the influence of the extended targets on the detection efficiency and response. The code gamma DEX, which calculates deexcitation schemes based on statistical assumptions, was updated and finally used for the unfolding of the spectrum. The measured data is compared to different strength function models and a theoretical prediction based on a QRPA calculation. The summed strength is also set into comparison to other experimental data sets and a global trend for low-lying strength was found. This shows, that the nuclear deformation which has a large influence on the dipole strength above the threshold is only of minor impact for the strength at lower energies. Instead of this, the neutron excess seems to be the dominating factor for the strength in the investigated energy region. This work was supported by the German Research Foundation (DFG), Project No. SCHW883/1-1.

The transport of contaminants in groundwater system is strongly influenced by various aquifer heterogeneity factors such as spatial aquifer heterogeneity of hydraulic conductivity and reactive substances distribution. The contaminants transport can be simulated by using numerical reactive transport models, and their fate can be possibly even predicted. Furthermore, reactive transport modeling is an essential tool to get a profound understanding of hydrological-geochemical complex processes and to make plausible predictions of assessment. The goal of this work is to improve our understanding of the groundwater contaminants fate and transport processes in heterogeneous aquifer systems, with a focus on nitrate problems. A large body of knowledge of the fate and transport of nitrogen species has been achieved by previous works, however, most previous models typically neglect the interrelation of physical and chemical aquifer heterogeneities on the contaminant fate and redox transformation, which is required for predicting the movement and behavior of nitrate and quantifying the impact of uncertainty of numerical groundwater simulation, and which motivates this study. The main research questions which are answered in this work are how aquifer heterogeneity influences on the nitrate fate and transport and then, what is the most influential aquifer heterogeneity factor must be considered. Among the various type of aquifer heterogeneity, physical and chemical aquifer heterogeneities are considered. The first part of the work describes groundwater flow system and hydrochemical characteristics of the study area (Hessian Ried, Germany). Especially, data analyses are performed with the hydrochemical data to identify the major driving force for nitrate reduction in the study area. The second part of the work introduces a kinetic model describing nitrate removal by using numerical simulation. The resulting model reproduces nitrate reduction processes and captures the sequence of redox reactions. The third and fourth parts show the influence of physical and chemical aquifer heterogeneity with varying variance, correlation length scale, and anisotropy ratio. Heterogeneous aquifer systems are realized by using stochastic approach. Results, in short, show that the most influential aquifer heterogeneity factors could change over time. With abundant requisite electron donors, physical aquifer heterogeneity significantly influences the nitrate reduction while chemical aquifer heterogeneity plays a minor role. Increasing the spatial variability of the hydraulic conductivity increases the nitrate removal efficiency of the system in addition. If these conditions are reversed, nitrate removal efficiency varies by the spatial heterogeneity of the available initial electron donor. The results indicate that an appropriate characterization of the physical and chemical properties can be of significant importance to predict redox contamination transport and design long-term remediation strategies and risk assessment.

Recently, there has been a growing drive towards the bottom-up development of synthetic cells that mimic key cellular features. A cellular feature ubiquitous amongst cells is that of compartmentalisation. Compartmentalisation enables the spatiotemporal control of biochemical reactions and is thus vital for the development of synthetic cells. To date, most synthetic cell models have utilised classical membrane bound containers as model compartments. However, recent advances in cell biology have highlighted the importance of membraneless compartments formed via liquid-liquid phase separation (LLPS) as organisation centres. It has been suggested that these organelles play a critical role in regulating cell biochemistry, yet very little is known about their interactions with enzymatic reactions. Thus, aiming to develop novel synthetic capabilities, the work presented in this thesis designs and characterises synthetic cells which include features of membraneless compartmentalisation. These systems utilise complex coacervates, a specific type of LLPS that is driven by the electrostatic attraction of oppositely charged polymers, as model membraneless compartments. These low complexity systems subsequently provide ideal platforms for systematic investigations of the interaction of membraneless coacervate compartments with enzymatic reactions. In Chapter 3 and 4, I focus on developing a responsive synthetic cell system that recapitulates features of membrane-bound and membraneless compartmentalisation. I generate a pH-responsive system by exploiting the intrinsic pKa of cationic polylysine to trigger coacervation within a liposome. This synthetic cell is then functionalised with the enzyme formate dehydrogenase (FDH). I show that coacervate properties can be utilized to locally concentrate and activate the FDH reaction at low enzyme concentrations, thus demonstrating that membraneless compartments can activate reactions via sequestration into coacervate reaction centres. In Chapter 5, I then proceed to characterise whether the diffusive exchange of molecules across a droplet phase boundary effects enzyme dynamics. Synthetic cells constructed from emulsion droplets with coacervate sub-compartments were used as model systems with diffusive exchange, while bulk coacervate and supernatant phases were used as uncoupled model systems without exchange. I studied the FDH reaction in both models and I conclude that coupling of the phases increases reaction rates compared to an uncoupled system. When coupled, the supernatant acts as a ’sink’ removing the product NADH from the coacervate droplets. This increases the apparent reaction rate in the supernatant, while the reduction of NADH concentration in the coacervate reduces product inhibition. This demonstrated that the open phase boundary tightly couples membraneless droplets to their surroundings, which can ultimately lead to increased reaction rates both inside and outside the compartments. Finally in Chapter 6, I scrutinize enzyme kinetics of the enzymes FDH and β -galactosidase in the unique coacervate physicochemical environment using Michaelis-Menten assays in CM-Dex/PDDA bulk phase. Results show that the KM and Vmax of FDH significantly increased compared to buffer, while those of β-galactosidase do not. I hypothesise that the negatively charged formate substrate of the FDH reaction interacts strongly with the positively charged PDDA, decreasing its affinity for the enzyme. Furthermore, I suggest that the coacervate environment facilitates the rate limiting hydride transfer of the reaction, thereby increasing the maximum rate. This data demonstrates that the coacervate environment itself can tune and control enzyme dynamics. In conclusion, my work establishes responsive, tunable and enzymatically active syn- thetic cellular systems with features of membraneless compartmentalisation. My results indicate that membraneless compartments can have significant impact on the dynamics of enzymatic reactions, opening up possible ways to control reaction rates in synthetic systems and suggesting plausible functions for membraneless organelles in vivo. Overall, I demonstrate that rationally designed synthetic cells provide biomimetic experimental platforms that offer insights into the influence of membraneless compartmentalisation on enzymatic reactions. Parts of the presented work have been published as two first author publications in peer-reviewed journals. / ‘Bottom-up'’ Modelle synthetischer Zellen, die Schlüsselmerkmale zellbasierten Lebens imitieren, rücken immer mehr in den Fokus. Von zentraler Bedeutung ist hier die Kompartmentbildung. Sie erst ermöglicht die räumliche und zeitliche Kontrolle biochemischer Abläufe und ist daher entscheidend bei der Entwicklung synthetischer Zellen. Bisher wurden in der Mehrzahl der synthetischen Zellmodelle klassische, membrangebundene Reaktionsräume als Modellkompartimente verwendet. Jüngste Fortschritte in der Zellbiologie belegen jedoch die Bedeutung von membranlosen Kompartimenten, die durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS) gebildet werden. Es wird angenommen, dass diese membranlosen Kompartimente eine zentrale Rolle bei der Regulierung der Zellchemie spielen. Jedoch ist bisher nur sehr wenig über ihren Einfluss auf enzymatische Reaktionen bekannt und experimentell belegt. Mit dem Ziel, die Bandbreite und das Verständnis synthetischer Modelle zu erweitern, wurden in dieser Arbeit neue Methoden entwickelt und dargestellt, die membranlose Kompartmentbildung benutzen. Es wurden hierfür komplexe Koazervate eingesetzt, eine spezielle Art der LLPS, welche durch die elektrostatische Anziehung von entgegengesetzt geladenen Polymeren angetrieben wird. Diese verhältnismäßig einfachen Systeme bieten eine ideale Plattform für systematische Untersuchungen des Einflusses von membranlosen Koazervatkompartimenten auf enzymatische Reaktionen. In den Kapiteln 3 und 4 konzentrierte ich mich auf die Entwicklung eines reaktionsfähigen synthetischen Modellsystems, das die Phänomene sowohl membrangebundener als auch membranfreier Kompartmentbildung vereint. Zur Steuerung der Koazervierung innerhalb von Liposomen wurde ein pH-reaktives System verwendet, welches sich den intrinsischen pKa von kationischen Polylysin zunutze macht. Diese synthetis- che Zelle wurde im folgenden Schritt mit dem Enzym Formiat-Dehydrogenase (FDH) funktionalisiert. Ich konnte damit zeigen, dass es die Eigenschaften von Koazervaten ermöglichen, die FDH-Reaktion bei global sehr niedrigen Enzymkonzentrationen zu aktivieren. Hierbei wirken die membranlosen Koazervate in Folge einer lokal er- höhten Enzymkonzentration als Zentren gesteigerter Reaktivität. Dies geschieht durch die lokale Konzentrationserhöhung in Koazervaten, was bei LLPS auch durch den Verteilungskoeffizient beschrieben wird. Mit anderen Worten agieren diese membran- losen Kompartimente durch Sequestrierung als Reaktionszentren. Im Kapitel 5 charakterisierte ich den Einfluss von diffusivem Molekülaustausch auf die Enzymkinetik über die Koazervat-Phasengrenze hinweg. Hierbei wurden zwei Systeme miteinander verglichen. Einerseits wurde ein synthetisches Zellmodell, beste- hend aus mikrofluidisch hergestellten Wasser-in-Öl Emulsionstropfen, die Koazervate enthalten, als Modellsystem mit diffusivem Austausch zwischen den Phasen verwendet. Andererseits wurden separate, reine Koazervatphasen und reine Überstandsphasen als Modellsysteme ohne Austausch verwendet. Ich habe die FDH-Reaktion in beiden Modellsystemen untersucht und kam zu dem Schluss, dass die Kopplung der Phasen die Reaktionsgeschwindigkeiten im Vergleich zu den ungekoppelten Systemen erhöht. Bei der Kopplung wirkt die Überstandsphase als Senke, die das Produkt NADH aus den Koazervaten aufnimmt. Dies erhöht die scheinbare Reaktionsgeschwindigkeit im Überstand, während die Verringerung der NADH-Konzentration im Koazervat die Produkthemmung verringert. Dies zeigt, dass die offene Phasengrenze membranloser Kompartimente eng mit ihrer Umgebung gekoppelt ist, was als erhöhte Reaktionsraten sowohl innerhalb als auch außerhalb der Kompartimente gemessen werden kann. Schließlich untersuchte ich in Kapitel 6 die Enzymkinetik der Enzyme FDH und β- Galaktosidase in der physikalisch-chemischen Umgebung des Koazervats. Mit Hilfe von Michaelis-Menten-Experimenten in der CM-Dextran/PDDA-Bulkphase konnte gezeigt werden, dass KM und Vmax von FDH im Vergleich zum Überstand signifikant erhöht sind, wohingegen jene von β-Galaktosidase ein solches Verhalten nicht zeigen. Das führte mich zu der Hypothese, dass das negativ geladene Formiatsubstrat der FDH- Reaktion stark mit dem positiv geladenen PDDA interagiert, wodurch seine Affinität für das Enzym abnimmt. Darüber hinaus wird der ratenbegrenzende Hydridtransfer in der Umgebung des Koazervats erleichtert und es kann eine Erhöhung der Reaktionsrate beobachtet werden. Die Daten zeigen, dass abhängig vom Koazervat-Milieu die Enzymdynamik in verschiedene Richtungen gesteuert werden kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass meine Arbeit reaktionsfähige, steuerbare und enzymatisch aktive synthetische Zellsysteme mit Eigenschaften membranloser Kompartmentbildung etabliert. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass membranlose Kompartimente einen signifikanten Einfluss auf die Dynamik enzymatischer Reaktio- nen haben. Meine Untersuchungen eröffnen damit neuartige Wege zur Kontrolle der Reaktionsgeschwindigkeit in synthetischen Systemen und erweitern das Verständnis möglicher Funktionen membranloser Organellen in vivo. Insgesamt zeige ich, dass über- legt entworfene synthetische Zellen eine hervorragende biomimetische Plattform bieten, um Einblicke in den Einfluss von membranloser Kompartimentierung auf enzymatische Reaktionen zu gewinnen. Teile der vorgestellten Arbeit wurden als wissenschaftliche Beiträge in zwei begutachteten Journalen als Erstautor veröffentlicht.

Fullerenhaltige Bulk-Heterojunction-Solarzellen auf Polymerbasis zeigen derzeit eine geringe Langzeitstabilität, die unter anderem auf der Entmischung der Bulkphasen beruht. In dieser Arbeit wurden daher auf neuartige Weise Blockcopolymere entwickelt, die zur Stabilisierung der Phasen dienen können. Ausgehend von Poly-3-hexylthiophen-Makroinitiatoren wurde ein zweiter Block mit reaktivem Comonomer polymerisiert, das zur Anbindung von reinem Fullerens bzw. von Fullerenderivaten diente. Die fullerenfunktionalisierten Polymere wurden in Modell-Systeme eingemischt und zeigten erste Verbesserungen bezüglich der Phasenstabilisierung.:1 Einleitung und Zielstellung 2 Grundlagen 2.1 Polymere Solarzellen 2.1.1 Theoretische Grundlagen und Funktionsweise 2.1.2 Materialien und Materialoptimierung 2.1.3 Stabilisierung der Blendmorphologien 2.2 Blockcopolymere – Eigenschaften und Aufbau 2.2.1 Kontrolliert radikalische Polymerisationen 2.2.2 Kumada-Catalyst Transfer Polycondensation 2.3 Fullerene – Eigenschaften und Funktionalisierung 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Darstellung von Akzeptor-Polymeren 3.1.1 Synthese der Copolymere 3.1.2 Bingel-Reaktion 3.1.3 Polymeranaloge Reaktionen und Anbindung von Fullerenen an Copolymere 3.2 Synthesen von Donor-Akzeptor-Blockcopolymeren 3.2.1 Synthese und Charakterisierung des Makroinitiators und der Blockcopolymere 3.2.2 Polymeranaloge Reaktionen an Blockcopolymeren 3.3 Charakterisierung der Eigenschaften von Donor-Akzeptor-Blockcopolymeren in Blends 3.3.1 Blends mit fullerenhaltigen Blockcopolymeren 3.3.2 Blends mit azidfunktionalisiertem Blockcopolymer 3.3.3 Solarzellen-Tests 4 Zusammenfassung und Ausblick 5 Experimenteller Teil 5.1 Verwendete Chemikalien und Reagenzien 5.2 Geräte und Hilfsmittel 5.3 Synthesen niedermolekularer Verbindungen 5.4 Polymersynthesen 5.5 Polymeranaloge Reaktionen 6 Literaturverzeichnis Anhang