在二十一世紀中， LED發光二極體更是備受期待的節能產品。過去背光源一直是LED主要應用項目，而漸漸地照明也開始採用LED產品，甚至各國已宣布將禁用白熾燈。然而，在各國政府及業者大力推廣及投入LED產業之際，目前LED產品尚未能實現市場替代效應之事實卻不容忽視。細究其可能原因，是否LED產品仍有技術功能缺陷，抑或其價格無法競爭，又者消費者對產品認知不足、終端通路尚未成熟、品牌塑造尚待建立等因素，讓消費者暫時裹足不前? 鑒於台灣在LED產業中已有完整的上中下游布局，不但是下游封裝的全球最大供應中心，近年更也逐步紮根中游晶粒產品，甚至切入上游單晶基板、磊晶產品製程。故此，本研究希冀探查現有LED產品所遭遇之困難，以功能品質及經濟價值等角度，找尋可突破市場瓶頸之關鍵因素，並針對其中可進行專利檢索及分析的較具技術性因素：LED單晶基板，以中國大陸此成長最為顯著之市場作為專利檢索及分析之核心地理區域，探討LED單晶片基板之專利發展趨勢以及研發參考目標及方向。 在進行專利檢索之前，本研究將先行剖析現有LED單晶片基板的應有功能、重點特性、4大類基板材料選擇與其最新研發優勢，包含藍寶石、碳化矽、矽、氮化鎵，以助於後續專利檢索及分析結果之觀察思考。本研究的結論與建議將分別針對不同的LED單晶片基板材料選擇，以專利分析結果對照其市場發展近況，向台灣業者提出藍寶石、碳化矽已係過度競爭、不宜進入的項目，並在最後建議台灣業者仍可持續投入研發LED矽、氮化鎵基板材料，以及額外以技術與應用創新增加其產品的市場連結度及應用產業競爭利基。 / Nowadays LED has become a future mainstream of highly expected energy-saving product. Back-lighting has been the main application for LED, such as in monitors, and furthermore lighting has grown its market size into significance. However, it should draw attention that LED products has not yet fully replace conventional lighting as expected, due to a number of possible factors, including functions, prices, consumer awareness, channeling, and/or branding. In light of the fully established LED industry in Taiwan, including the largest downstream packaging supply source, mature middle-stream wafer production and leading upstream epitaxy and substrate manufacturing, this study aims to seek and find the patent searchable and analyzable part of the current LED obstacles in product quality and economic value perspective. As a result, single crystal substrate falls into abovementioned criteria, including four major substrate materials: sapphire, silicon carbonate, silicon, and gallium nitrite. This study further concentrates the patent search and analysis on China, the fastest growing LED market among all regions and the biggest opportunity for Taiwan players. Before patent search, this study gives a detailed elucidation about four substrate materials on functions, important traits, different types and respective R&D updates and breakthrough, followed by interpretation of and association with patent search and analysis. At the end of this study, conclusions and suggestions are given, based on Taiwan players’ current relative strength and weakness. In sum, sapphire substrates and silicon carbonate substrate have overly competitive patent and market situation, and silicon substrates and gallium nitrite substrate may allow Taiwan players to continue and/or reinforce R&D investment. Additionally, technology and application innovation could increase product-market linkage and competitive edge in LED application industry.

Η προστασία των μετάλλων με δραστικές ενώσεις που έχουν τη δυαντότητα σχηματισμού επιφανειακών ενώσεων εντάξεως είναι ένας κλάδος της Χημείας και της Επιστήμης των Υλικών μεγάλης επιστημονικής, αρχαιολογικής και τεχνολογικής σημασίας. Οι αντιδιαβρωτικές ιδιότητες του βενζοτριαζολίου και μικρού αριθμού υποκατεστημένων βενζοτριαζολίων για ορισμένα μέταλλα, ειδικά του χαλκού και των κραμάτων του, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον για τη χημεία ένταξης του βενζοτριαζολίου και της συζυγούς του βάσεως, του βενζοτριαζολάτο ανιόντος. Έχουμε ξεκινήσει ένα ανόργανο μοντέλο προσέγγισης της παρεμπόδισης της διάβρωσης του Zn με βενζοτριαζόλια. Στην παρούσα εργασία έχουμε μελετήσει λεπτομερώς τη χημεία ένταξης του 1-μεθυλοβενζοτριαζολίου (Mebta) με Zn(II). Παρασκευάσθηκαν τα νέα σύμπλοκα [ZnCl2(Mebta)2](1), [ZnBr2 (Mebta)2](2), [ZnI2(Mebta)2](3), τετ-[Zn(ΝΟ3)2(Mebta)2](4), οκτ-[Zn(ΝΟ3)2(Mebta)2] (5), [Zn(Mebta)4](ClO4)2(6), [Zn(Mebta)4](PF6)2(7) και [Zn3(Ο2CPh)6(Mebta)2](8). Οι μοριακές και κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων έχουν προσδιορισθεί με κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ μονοκρυστάλλου. Η γεωμετρία ένταξης του ZnΙΙ στα 1-4, 6 και 7 είναι τετραεδρική, ενώ στο σύμπλοκο 5 το μεταλλοϊόν έχει παραμορφωμένη οκταεδρική στερεοχημεία. Τα μεταλλικά κέντρα στο 8 υιοθετούν τετραεδρικές και οκταεδρικές γεωμετρίες. Το Mebta συμπεριφέρεται στα σύμπλοκα ως μονοδοντικός υποκαταστάτης με το άτομο δότης να είναι το άζωτο της θέσης 3 του αζολικού δακτυλίου. Τα σύμπλοκα χαρακτηρίσθηκαν με φασματοσκοπία IR. Τα δεδομένα συσχετίζονται με τον τρόπο ένταξης των υποκαταστατών και τις γνωστές δομές. Επίσης αναλύεται η τεχνολογική σημασία των αποτελεσμάτων μας. Φαίνεται ότι τα Ν-υποκατεστημένα βενζοτριαζόλια με ομάδες που δεν περιέχουν άτομα δότες δεν μπορεί να οδηγήσουν σε αποτελεσματικούς παρεμποδιστές της διάβρωσης εξ’αιτίας της αδυνμίας αυτών των μορίων να σχηματίζουν πολυμερικά είδη. / Protection of metals with reactive compounds capable of forming surface-phase coordination compounds is an area of chemistry and materials science which is of considerable scientific, archaeological and technological importance. The anticorrosion properties of benzotriazole and few substituted benzotriazoles towards certain metals, particularly copper and its alloys, have focused interest on the coordination chemistry of the parent molecule and its conjugate base, the benzotriazolate anion An inorganic model approach to the corrosion inhibition of Zn by benzotriazoles has been initiated. The coordination chemistry of 1-methylbenzotriazole (Mebta) with Zn(II) has been studied in detail. The new complexes [ZnCl2(Mebta)2](1), [ZnBr2 (Mebta)2](2), [ZnI2(Mebta)2](3), tet-[Zn(ΝΟ3)2(Mebta)2](4), οkt-[Zn(ΝΟ3)2(Mebta)2](5), [Zn(Mebta)4](ClO4)2(6), [Zn(Mebta)4](PF6)2(7) and [Zn3(Ο2CPh)6(Mebta)2](8) have been prepared. Their molecular and crystal structures have been determined by single crystal, X-ray crystallography. The coordination geometry of ZnII in 1-4, 6 and 7 is tetrahedral, while complex 5 has a distorted octahedral stereochemistry. The metal sites in 8 adopt both tetrahedral and octahedral geometries. Mebta behaves as a monodentate ligand in the complexes; the donor atom is nitrogen of the position 3 of the azole ring. The complexes were characterized by IR spectroscopy; the data are discussed in terms of the coordination modes of the ligands and known structures. The technological relevance of our results is also discussed. It seems that benzotriazole N-substitution with groups containing no donor atoms cannot lead to effective corrosion inhibitors due to the inability of these molecules to form polymeric species.

Η χημεία ένταξης του βενζοτριαζολίου και των παραγώγων του έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον, κυρίως λόγω της ικανότητάς τους να δρουν ως παρεμποδιστές της διάβρωσης για ορισμένα μέταλλα, συμπεριλαμβανομένου του χαλκού και των κραμάτων του. Έκπληξη προκαλεί το γεγονός ότι μέχρι σήμερα είναι γνωστά μόνο δύο σύμπλοκα του Cd(II) με υποκαταστάτες βενζοτριαζόλια. Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία έχει μελετηθεί η χημεία ένταξης του Cd(II) με το 1-μεθυλοβενζοτριαζόλιο (Mebta). Οι νέες ενώσεις [CdI2(Mebta)2] (1), trans, trans, trans-[Cd(NO3)2(Mebta)2(H2O)2] (2), [CdBr2(Mebta)]n (3), [CdBr2(Mebta)2] (4), [Cd3(SCN)6 (Mebta)5(H2O)]n (5), [Cd2.5(SCN)5(Mebta)4(H2O)]n (6) και [Cd{N(CN)2}2(Mebta)2]n (7) παρασκευάσθηκαν και μελετήθηκαν. Το σύμπλοκο [CdI2(5MebtaΗ)2] (8) επίσης απομονώθηκε, όπου 5MebtaH είναι το 5-μεθυλοβενζοτριαζόλιο. Οι μοριακές και κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίσθηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ επί μονοκρυστάλλων. Το Mebta καθώς και το 5MebtaH συμπεριφέρονται ως μονοδοντικοί υποκαταστάτες σε όλες τις σύμπλοκες ενώσεις με το άτομο του αζώτου της θέσης 3 του αζολικού δακτυλίου να δρα ως άτομο-δότης. Τα σύμπλοκα 1, 4 και 8 έχουν παραμορφωμένη τετραεδρική γεωμετρία. οι αλόγονο δότες είναι τερματικοί. Η δομή του συμπλόκου 2 περιλαμβάνει τρία ζεύγη trans νιτράτο, βενζοτριαζολικών και ύδατο υποκαταστατών. Το σύμπλοκο 3 είναι 1D πολυμερές ένταξης όπου οι βρώμο υποκαταστάτες είναι μ2. ένα μόριο Mebta συμπληρώνει αριθμό ένταξης 5 για κάθε μεταλλικό κέντρο που έχει παραμορφωμένη τριγωνική διπυραμιδική γεωμετρία. Η κρυσταλλική δομή των 5, 6 και 7 αποτελείται από αλυσίδες, όπου 2 ψευδοαλόγονο ιόντα [SCN-, N(CN)2-] γεφυρώνουν κάθε ζεύγος μεταλλικών κέντρων. Τα σύμπλοκα έχουν ενδιαφέρουσες υπερμοριακές δομές μέσω μη-κλασικών δεσμών υδρογόνου και π-π αλληλεπιδράσεων. Τα σύμπλοκα 1-8 χαρακτηρίσθηκαν με IR και Raman φασματοσκοπίες. Τα δεδομένα μελετήθηκαν σε σχέση με τους τρόπους ένταξης των υποκαταστατών και λαμβάνοντας υπόψη τις δομές των ενώσεων. NMR φάσματα (1Η, 13C για επιλεγμένα σύμπλοκα) σε d6-DMSO πιστοποιούν τη μη-διατήρηση της δομής των συμπλόκων στο διάλυμα. Το σύμπλοκο 2 παρουσιάζει φθορισμό στα 408 nm με μέγιστο διέγερσης στα 338 nm σε θερμοκρασία δωματίου, συμπεριφορά που οφείλεται σε ηλεκτρονική μετάπτωση του Mebta. Επίσης εκτιμήθηκε η τεχνολογική σημασία των αποτελεσμάτων μας. Φαίνεται ότι τα Ν-υποκατεστημένα βενζοτριαζόλια, με ομάδες που δεν περιέχουν άτομα-δότες, δεν μπορούν να οδηγήσουν σε αποτελεσματικούς παρεμποδιστές διάβρωσης. / The coordination chemistry of benzotriazole and its derivatives has been receiving intense attention, mainly due to the anticorrosion properties of such compounds towards certain metals, particularly copper and its alloys. Surprisingly, only two Cd(II) complexes with benzotriazole ligation have been reported to date. The coordination chemistry of 1-methylbenzotriazole (Mebta) with Cd(II) has been studied in the present Diploma Work. The new complexes [CdI2(Mebta)2] (1), trans, trans, trans-[Cd(NO3)2(Mebta)2(H2O)2] (2), [CdBr2(Mebta)]n (3), [CdBr2(Mebta)2] (4), [Cd3(SCN)6(Mebta)5(H2O)]n (5), [Cd2.5(SCN)5(Mebta)4(H2O)]n (6) and [Cd{N(CN)2}2(Mebta)2]n (7) have been prepared and studied. Complex [CdI2(5MebtaΗ)2] (8) has also been isolated, where 5MebtaH is 5-methylbenzotriazole. The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal, X-ray crystallography. The Mebta and 5MebtaH molecules behave as monodentate ligands in all the complexes with the nitrogen atom of the position 3 of the azole ring being the donor atom. Complexes 1, 4 and 8 have a distorted tetrahedral structure; the halogenido ligands are terminal. Complex 2 has an all trans structures with three pairs of terminal nitrato, Mebta and aqua ligands. Complex 3 is an 1D coordination polymer in which the bromide ligands are μ2; a Mebta molecule completes a coordination number of 5 at each metal ion which has a distorted trigonal bipyramidal geometry. In the crystal structures of 5, 6 and 7 chains form where two pseudohalogenido ions [SCN-, N(CN)2-] bridge each pair of CdII ions. The complexes have interesting supramolecular structures through non-classical hydrogen bonds and π-π stacking interactions. Complexes 1-8 have been characterized by IR and Raman spectroscopies. The data have been discussed in terms of the coordination modes of the ligands and the known structures. NMR spectra (1H, 13C for selected compounds) in d6-DMSO reveal that the solid-state structures are not retained in solution. Complex 2 displays room-temperature photoluminescence at 408 nm, upon maximum excitation at 338 nm, which is attributed to the coordinated ligand. The technological relevance of our results is also discussed. It seems that benzotriazole N-substitution with groups containing non-donor atoms can not lead to effective corrosion inhibitors.

Εξαιτίας των πολλών εφαρμογών του καδμίου στη βιομηχανία αλλά και των ταυτόχρονα τοξικών ιδιοτήτων του στα έμβια όντα, η απομάκρυνση του Cd(II) από υδατικά απόβλητα είναι σήμερα ένα ενδιαφέρον θέμα έρευνας στην Περιβαλλοντική Χημεία. Η υγρή εκχύλιση (εκχύλιση με διαλύτη) είναι μια αποτελεσματική μέθοδος για την απομάκρυνση του Cd(II) από διαλύματα που περιέχουν ιόντα χλωριδίων, θειικά ή φωσφορικά διαλύματα. Κατά την υγρή εκχύλιση το μεταλλοϊόν συμπλοκοποιείται με έναν οργανικό υποκαταστάτη σχηματίζοντας ένα χημικό είδος που μεταφέρεται από την υδατική στην οργανική φάση σε ένα διφασικό σύστημα. Αναφέρθηκε πρόσφατα ότι το κάδμιο(II) μπορεί να εκχυλιστεί από μέσα που περιέχουν ιόντα χλωριδίων ή ιόντα χλωριδίων/νιτρικών χρησιμοποιώντας δύο 2-πυρίδυλο κετονοξίμες, και συγκεκριμένα την 1-(2-πυριδυλο)-δεκατρια-1-όνη οξίμη (2PC12) και την 1-(2-πυριδυλο)-δεκαπεντε-1-όνη (2PC14), ως μέσα εκχύλισης. Ο στόχος αυτής της εργασίας είναι να μοντελοποιήσει την φύση των χημικών ειδών που σχηματίζονται κατα την διαδικασία της υγρής εκχύλισης του Cd(II) χρησιμοποιώντας 2-πυρίδυλο κετονοξίμες ως μέσα εκχύλισης. Έτσι μελετήσαμε τις αντιδράσεις διαφόρων πηγών Cd(II) με 2-πυρίδυλο οξίμες ως υποκαταστάτες (Σχήμα I). Οι υποκαταστάτες που χρησιμοποιήθηκαν ήταν οι 2-πυριδίνη αλδοξίμη (paoH), μέθυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη (mepaoH), φαίνυλο 2-πυρίδυλο κετονοξίμη (phpaoH) και πυριδινη-2-αμιδοξίμη (ampaoH). Η συστηματική συνθετική μας διερεύνηση οδήγησε στα προϊόντα [CdI2(paoH)2] (1), [Cd(NO3)2(paoH)2] (2), [Cd(NO3)(H2O)(paoH)2](NO3) (3), [Cd(paoH)3](ClO4)2 (4), [Cd(pao)2(paoH)2] (5), [CdI2(mepaoH)2] (6), [Cd(NO3)2(mepaoH)2] (7), [Cd(O2CMe)2(mepaoH)2] (8), [CdCl2(phpaoH)2] (9), [Cd4Br8(phpaoH)4]n (10), [CdI2(phpaoH)2] (11), [Cd(NO3)2(phpaoH)2] (12), [Cd2(Ο2CMe)4(phpaoH)2]n (13), [CdCl2(ampaoH)2] (14), [CdBr2(ampaoH)2] (15), [CdI2(ampaoH)2] (16) και [Cd(NO3)2(ampaoH)2] (17). Οι μοριακές και κρυσταλλικές δομές των συμπλόκων προσδιορίστηκαν με κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ επί μονοκρυστάλλων των ενώσεων (Σχήμα II). Τα σύμπλοκα χαρακτηρίσθηκαν με στοιχειακές αναλύσεις και διάφορες φασματοσκοπικές μεθόδους (IR, Raman, NMR, Φωτοφωταύγεια). Τα φασματοσκοπικά δεδομένα μελετήθηκαν σε σχέση με τις γνωστές δομές των ενώσεων. Tα περισσότερα σύμπλοκα είναι μονοπυρηνικά. Οι ενώσεις 10 και 13 είναι 1D πολυμερή ένταξης. Τα μόρια paoH, mepaoH, phpaoH και ampaoH συμπεριφέρονται ως Ν(πυρίδυλο), Ν(οξιμικό)-διδοντικοί χηλικοί υποκαταστάτες. Τα ιόντα CdII στα σύμπλοκα είναι 6-, 7- και 8-ενταγμένα. Οι κρυσταλλικές δομές των περισσοτέρων συμπλόκων σταθεροποιούνται από δεσμούς Η. Τα περισσότερα σύμπλοκα διασπώνται στο DMSO, όπως προκύπτει από τα 1Η ΝΜR φάσματά τους. Τα σύμπλοκα 9, 14 και 12, 17 μοντελοποιούν τα χημικά είδη [CdCl2(μέσο εκχύλισης)2] και [Cd(NO3)2(μέσο εκχύλισης)2] που έχει προταθεί ότι σχηματίζονται κατά τη διαδικασία της υγρής εκχύλισης του Cd(II) με τη χρησιμοποίηση των 2PC12 και 2PC14 σε διαλύματα χλωριδίων και χλωριδίων/νιτρικών, αντίστοιχα. Με επιφύλαξη προτείνουμε ότι η ικανότητα των 2-πυρίδυλο κετοξιμών να απομακρύνουν Cd(II) από υδατικά απόβλητα οφείλεται στην ισχυρά χηλική φύση των μέσων εκχύλισης. / Because of the wide application of cadmium in various industrial facilities and its simultaneous toxic properties for organisms, the removal of Cd(II) from wastewater is a currently hot topic in environmental chemistry. Solvent extraction is an efficient method from the removal of Cd(II) from chloride, sulfate or phosphate solutions. Solvent extraction occurs when a metal ion is coordinated to an organic ligand to form a species that is transferred from the aqueous to the organic phase in a two-phase system. It has recently been reported that cadmium(II) can be extracted from chloride or chloride/nitrate media using two 2-pyridyl ketoximes, namely 1-(2-pyridyl)-trideca-1-one oxime (2PC12) and 1-(2-pyridyl)-pentadeca-one oxime (2PC14), as extractants and chloroform or hydracarbons as organic solvents [A. Parus, K. Wieszczycka, A. Olszanowski (2011) Hydrometallurgy, 105, 284]. The goal of this work is to model the nature of the chemical species that are formed during the solvent extraction of Cd(II) using 2-pyridyl ketoximes as extractants. Thus, we studied the reactions of various Cd(II) sources with 2-pyridyl oximes as ligands (Scheme I). The ligands used were 2-pyridine aldoxime (paoH), methyl 2-pyridyl ketoxime (mepaoH), phenyl 2-pyridyl ketoxime (phpaoH) and pyridine-2-amidoxime (ampaoH). Our systematic investigations gave the products [CdI2(paoH)2] (1), [Cd(NO3)2(paoH)2] (2), [Cd(NO3)(H2O)(paoH)2](NO3) (3), [Cd(paoH)3](ClO4)2 (4), [Cd(pao)2(paoH)2] (5), [CdI2(mepaoH)2] (6), [Cd(NO3)2(mepaoH)2] (7), [Cd(O2CMe)2(mepaoH)2] (8), [CdCl2(phpaoH)2] (9), [Cd4Br8(phpaoH)4]n (10), [CdI2(phpaoH)2] (11), [Cd(NO3)2(phpaoH)2] (12), [Cd2(Ο2CMe)4(phpaoH)2]n (13), [CdCl2(ampaoH)2] (14), [CdBr2(ampaoH)2] (15), [CdI2(ampaoH)2] (16) and [Cd(NO3)2(ampaoH)2] (17). The molecular and crystal structures of the complexes have been determined by single-crystal, X-ray crystallography (Scheme II). The complexes have been characterized by elemental analyses and various spectroscopic techniques (IR, Raman, NMR, Photoluminescence). The spectroscopic data are discussed in terms of the known structures. Most complexes are mononuclear. Compounds 10 and 13 are 1D coordination polymers. The paoH, mepaoH, phpaoH and ampaoH molecules behave as N(pyridyl), N(oxime)–bidentate chelating ligands. The CdII ions in the complexes are 6-, 7- and 8-coordinate. The crystal structures of most complexes are stabilized by H bonds. Most of the complexes decompose in DMSO, as evidenced by 1H NMR spectroscopy. Complexes 9, 14 and 12, 17 model the chemical species [CdCl2(extractant)2] and [Cd(NO3)2(extractant)2] that have been proposed to form during the solvent extraction of Cd(II) using 2PC12 and 2PC14 in chloride and dilute chloride/concentrated nitrate solutions, respectively. We tentatively propose that the ability of 2-pyridyl ketoximes to remove Cd(II) from wastewater is due to the strongly chelating nature of the extractants.

The aim of this work was to study the separate effect of fission fragment damage on the structural integrity and matrix dissolution of uranium dioxide in water. Radiation damage similar to fission damage was created by irradiating bulk undoped and doped ‘SIMFUEL’ disks of UO2, undoped bulk CeO2 and thin films of UO2 and CeO2 with high energy Xe and U ions. The UO2 thin films, with thicknesses in the range of 90 – 150 nm, were deposited onto (001), (110) and (111) orientations of single crystal LSAT (Al10La3O51Sr14Ta7) and YSZ (Yttria-Stabilised Zirconia) substrates. The CeO2 thin films were deposited onto single crystal silicon (001) substrates. Part of the bulk UO2 and CeO2 samples, the thin films of UO2 on the LSAT substrates and the thin films of CeO2 were irradiated with 92 MeV 129Xe23+ ions to a fluence of 4.8 × 1015 ions/cm2 to simulate the damage produced by fission fragments in uranium dioxide nuclear fuel. Part of the bulk UO2 and CeO2 samples and the thin films of UO2 on the YSZ substrates were irradiated with 110 MeV 238U31+ ions to a fluence of 5 × 1010, 5 × 1011 and 5 × 1012 ions/cm2 to study the accumulation of the damage induced. The irradiated and unirradiated samples were studied using scanning electron microscopy (SEM), focused ion beam (FIB), atomic force microscopy (AFM), energy dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, electron probe microanalysis (EPMA), X-ray diffraction (XRD), electron backscatter diffraction (EBSD), secondary ion mass spectrometry (SIMS) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques to characterise the as-produced samples and assess the effects of the ion irradiations. Dissolution experiments were conducted to assess the effect of the Xe ion irradiation on the dissolution of the thin film UO2 samples on the LSAT substrates and the bulk and thin film CeO2 samples. The solutions obtained from the leaching of the irradiated and unirradiated samples were analysed using inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). XRD studies of the bulk UO2 samples showed that the ion irradiations resulted in an increased lattice parameter, microstrain and decreased crystallite size, as expected. The irradiated UO2 thin films on the LSAT substrates underwent significant microstructural and crystallographic rearrangements. It was shown that by irradiating thin films of UO2 with high energy, high fluence ions, it is possible to produce a structure that is similar to a thin slice through the high burn-up structure. It is expected that the ion irradiation induced chemical mixing of the UO2 films with the substrate elements (La, Sr, Al, Ta). As a result, a material similar to a doped SIMFUEL with induced radiation damage was produced.

This thesis studies the interaction between the bare Cu{311} surface with NO and NH3,individually and co-adsorbed using reflection-absorption infrared spectroscopy (RAIRS). In addition to the bare Cu{311} surface, the interaction of NO and NH3 with the various oxygen phases of the Cu{311} surface phases was also studied. Several other techniques were used in tandem to support the study, such as low energy electron diffraction (LEED) and temperature programmed desorption (TPD) experiments using mass spectrometry. The study was carried out in pursuit an understanding of the underlying mechanism of the selective catalytic reduction (SCR) of NO using NH3 in current diesel engines. The dosing of NO onto the Cu{311} surface at 100 K leads to the initial adsorption of intact NO. After an exposure threshold is reached, individual NO molecules react with another NO molecule to form (NO)2 dimers. These dimer species subsequently form N2O, leaving O(a) on the surface. Oxygen was found to be an inhibitor for the reaction, either due to the reaction in a self-poisoning process or from oxygen pre-dosing onto the Cu{311} surface. Temperature plays a minor role with regards to NO/Cu{311}, as it only affects the amount of NO on the surface along with adsorbate surface mobility. Similarly, NH3 was found to adsorb intact onto the Cu{311} surface and not to react or dissociate at 100 K. Oxygen acts as a site blocker for the adsorption, but can also stabilise NH3 to remain on the surface at higher temperatures due to electronic effects. At 300 K, it was found that both the bare and oxygen pre-covered Cu{311} surface was able to dissociate NH3 into NH2. The co-adsorption of NO and that of NH3 onto the Cu{311} surface were found to be largely independent of each other and the interaction is dominated by the displacement of NO by NH3. However, as NO adsorption on the Cu{311} surface forms O(a), it indirectly affects the adsorption of NH3 by creating an oxygen covered Cu{311} surface, which changes how NH3 adsorbs onto the surface.

Résumé du travail<p><p>L’étude des modifications de surfaces, et plus particulièrement des matériaux d’électrodes est un domaine en plein essor. Les modifications d’électrodes par voie organique ont des applications potentielles dans des domaines aussi variés que l’inhibition de la corrosion, l’électronique moléculaire, l’optoélectronique ou encore les biosenseurs.<p>Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à l’électrode d’Au (111) modifiée par du 2-mercaptobenzimidazole. <p><p>Dans un premier temps, l’adsorption du MBI sur électrode d’Au (111) sous contrôle du potentiel a été examinée par des mesures de capacité, de voltampérométrie cyclique, de chronocoulométrie et de spectroscopie SNIFTIR in situ.<p>Les mesures de capacité révèlent qu’en milieu neutre, la molécule de MBI s’adsorbe en un film compact à des potentiels supérieurs à -0,3 V (vs. ECS). En deçà de cette valeur, le film se dilue progressivement lorsque le potentiel est rendu plus négatif, jusqu’à une valeur de -0,9 V où les molécules de MBI sont totalement désorbées de la surface.<p>La morphologie des voltampérogrammes subit des variations significatives au cours du temps. Ces changements montrent que l’adsorption du MBI s’accompagne d’une levée de reconstruction de la surface, qui passe d’une structure initiale (√3 x 22) à une structure (1 x 1). Une estimation de la quantité de MBI adsorbée est obtenue par intégration des courbes de densité de courant.<p>La courbe de densité de charge interfaciale a été extraite des mesures de chronocoulométrie. Cette courbe de densité de charge fournit des informations quant à l’évolution de l’excès superficiel en fonction du potentiel.<p>La qualité des spectres infrarouges relevés in situ nous a permis d’effectuer des analyses qualitatives et quantitatives. Celles-ci montrent une bonne corrélation avec les résultats électrochimiques et apportent une signature moléculaire du film adsorbé et des espèces issues de sa désorption. Des calculs basés sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) ont permis une bonne interprétation des spectres infrarouges du MBI et de certains de ses dérivés. En outre, nous avons pu déterminer l’orientation des molécules à la surface, et montré que celle-ci varie peu avec le potentiel.<p><p>Dans un second temps, nous nous sommes focalisés sur les propriétés de la monocouche auto-assemblée de MBI sur électrode d’Au (111), déterminées par voltampérométrie cyclique et spectroscopie infrarouge in situ. La monocouche est stable lorsque le potentiel est maintenu dans un domaine d’environ 800 mV. La monocouche auto-assemblée de MBI subit un processus de désorption réductive, influencé par le temps d’immersion de l’électrode dans la solution de surfactant ainsi que par le pH du milieu. Deux mécanismes de désorption réductive sont proposés, l’un valable en milieu neutre et basique, l’autre en milieu acide. Les résultats des mesures de spectroscopie infrarouge in situ apportent une preuve moléculaire de la validité des mécanismes proposés sur base des résultats électrochimiques.<p>Un rapide examen des potentialités de cette monocouche a été réalisé à l’aide de réactions sondes.<p>/<p>Abstract<p><p>Studies on surface modifications, and particularly of electrode material, are a growing field of interest. Organic modifications of electrode surfaces have potential applications in domains such as corrosion inhibition, molecular electronics, optoelectronics or biosensors.<p>In the present work, we focussed on the modification of Au(111) electrodes by 2-mercaptobenzimidazole (MBI).<p><p>In the first part, the adsorption, under potential control, of the MBI molecule onto the Au(111) electrode was studied by means of capacitance measurements, cyclic voltammetry, chronocoulometry and in-situ SNIFTIR spectroscopy.<p>Capacitance measurements indicate that in neutral solution, the MBI molecule is adsorbed as a compact film at potentials higher than -0.3 V (vs. SCE). Below this value, the film becomes progressively less dense when the potential is made more negative, until a value of -0.9 V where MBI molecules are totally desorbed from the surface.<p>The shape of the voltammograms evolves significantly with time. These changes show that a lift of the surface reconstruction occurs concomitantly to the adsorption of MBI. The initial (√3 x 22) reconstructed structure is lifted to the (1 x 1) unreconstructed one. The amount of adsorbed MBI is estimated by integration of the current density curves.<p>The interfacial charge density curve was obtained by chronocoulometry measurements. This curve provides useful data regarding the evolution of the surface concentration with the potential.<p>The quality of the infrared spectra obtained in situ allowed us to perform quantitative as well as qualitative analyses of the results. These analyses show a good correlation with the electrochemical results and provide molecular information on the adsorbed layer and on the species formed during the desorption process. Density Functional Theory (DFT) calculations were helpful in the interpretation of the infrared spectra of MBI and some of its derivatives. Additionally, we were able to determine the orientation of the molecules on the surface, and demonstrated that this orientation is slightly affected by the potential.<p><p>In the second part of the work, we investigated the properties of the self-assembled monolayer of MBI on Au(111) electrode by cyclic voltammetry and in situ infrared spectroscopy. The monolayer is stable within an 800 mV potential range. The self-assembled monolayer undergoes a reductive desorption process, which is affected by the pH of the medium and by the immersion time of the electrode into the surfactant solution. Two mechanisms were proposed for the reductive desorption, one being valid in neutral and basic media, the other in acidic conditions. The in situ infrared spectroscopic results provide molecular evidences supporting the mechanisms proposed on an electrochemical basis.<p>An exploratory examination of the potentialities of the monolayer is made by means of electrochemical probe reactions.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation chimie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

The present PhD thesis describes the synthesis and characterization of novel planarchiral 1,2-P,O-ferrocenes and their application in the Pd-catalyzed Suzuki-Miyaura reaction. It was especially focused on the development of a new synthetic pathway to this type of substitution pattern by applying the anionic phospho-Fries rearrangement in ferrocene chemistry. Starting from hydroxy ferrocene, a high diversity of Fc–O–P- type (Fc = (n5-C5H5)(n5-C5H4)) compounds were synthesized, whereby the electronic properties of the phosphorus fragments were varied. The anionic phospho-Fries rearrangement successfully occurred subsequent to an ortho-lithiation with a non-nucleophilic base giving the 1,2-P,O-ferrocenes in up to quantitative yields. The usage of chiral pool-based alcohols for the synthesis of chiral ferrocenyl phosphates allowed a diastereoselective proceeding, giving single isomers in up to 95% de. Temperature-dependent investigations of mixed ferrocenyl-, phenyl- and Nheterocyclicphosphates revealed a limitation of ferrocenyl-based rearrangements per reaction step, contrary to phenyls. 1,2-P,O-ferrocenyl phosphonates could successfully be converted into phosphines by applying Stelzer P,C cross-coupling reactions on ferrocenes for the first time. Their usage as ligands for C,C cross-coupling reactions was confirmed by the synthesis of sterically hindered biaryls in high yields at 70°C with a low catalyst loading of 1 mol-% Pd. Functionalization of the 1,2-P,O -structural motif could be achieved by applying nucleophilic aromatic substitution reactions (SNAr) as an alternative pathway for the synthesis of ferrocenyl aryl ethers. Subsequent to a Fries rearrangement sterically-demanding 1,3-di-orthosubstituted aryloxy ferrocenes could be obtained. Multi SNAr reactions of hydroxyferrocenes at polyfluorinated arenes gave up to pentaferrocenyl-functionalized aryl ethers, whose electrochemical properties were investigated. The reaction of CH2-enlarged ferrocenylmethanols gave α-ferrocenylcarbenium ions instead of phosphates, while treating them with chlorophosphates. Enantiopure 2-P(S)Ph2-substituted derivatives of these ions underwent a subsequent intermolecular “S2−“ migration, resulting in thioethers, for example (Sp,Sp)-(2-(P(S)Ph2)FcCH2)2S, in a unique mechanism. Instead, the presence of electronrich arenes gave electrophilic aromatic substituted benzenes bearing chiral ferrocenylmethyl backbones. These type of ligands gave biaryls with up to 26 % ee. / Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung von neuartigen planar-chiralen 1,2-P,O-ferrocenen sowie deren Anwendung in der Pd-katalysierten Suzuki-Miyaura Reaktion. Dabei lag der Focus in der Anwendung anionischer phospho-Fries Verschiebungen auf Ferrocene um dieses spezielle Substitutionsmuster erhalten zu können. Ausgehend von Hydroxyferrocenen wurde so eine Vielzahl neuer Verbindungen des Typs Fc–O–P (Fc = (n5-C5H5)(n5-C5H4)) synthetisiert, wobei die elektronischen Eigenschaften des Phosphor-tragenden Fragmentes variiert wurden. Die anionische phospho-Fries Verschiebung erfolgte im Anschluss einer ortho-Lithiierung mit einer nicht-nucleophilen Base, was 1,2-P,O-Ferrocene nahezu quantitative ergab. Durch die Verwendung von chiral-pool basierten Alkoholen für die Synthese chiraler Ferrocenylphosphate konnte eine diastereoselective 1,3-O->C Umlagerung mit Isomerenreinheiten von bis zu 95 % erreicht werden. Untersuchungen von gemischten Ferrocenyl-, Phenyl- und N-heterocyclischen Phosphaten bei verschiedenen Temperaturen zeigte eine Limitierung Ferrocenyl-basierter Umlagerungen pro Reaktionsschritt im Gegensatz zu denen von Phenylen. Die erhaltenen 1,2-P,O-Ferrocenylphosphate wurden erstmals mittels Stelzer P,C Kreuz-Kupplungsreaktionen erfolgreich in Phosphane umgesetzt. Deren Verwendung als Ligand in C,C Kreuz-Kupplungsreaktionen wurde am Beispiel der Synthese räumlich anspruchsvoller Biaryle in hohen Ausbeuten bei nur 70°C und niedrigen Katalysatorbeladungen von 1 mol-% Pd demonstriert. Die Funktionalisierung des 1,2-P,O-Strukturmotifes konnte durch die Anwendung von nucleophilen aromatischen Substitutionsreaktionen erreicht werden, die einen alternativen Zugang zu Ferrocenylarylethern bietet. Im Anschluss an eine Fries Umlagerung konnten so sterisch anspruchsvolle 1,3-di-ortho-substituierte Ferrocenylarylether erhalten werden. Durch mehrfache SNAr Reaktionen von Hydroxyferrocenen an polyfluorierten Aromaten wurden bis zu fünf-fach substituierte Ether erhalten, deren elektrochemischen Eigenschaften untersucht wurden. Die um eine CH2-Einheit verlängerten Ferrocenylmethanole gaben bei Reaktion mit Chlorophosphaten alpha Ferrocenylcarbeniumionen anstelle der gewünschten Phosphate. Enantiomerenreine 2-P(S)Ph2-substituierte Derivate dieser Ionen durchliefen anschließend einen intermolekularen ”S2–“ Transfer in einem einzigartigen Mechanismus, was bspw. in Thioethern des Typs (Sp,Sp)-(2-(P(S)Ph2)FcCH2)2S resultierte. In Anwesenheit elektronenreicher Aromaten wurden elektrophile aromatischen Substitutuionen und die Bildung chiraler ferrocenylmethyl-substitutuierter Benzene beobachtet. Deren Einsatz als Ligand ergab Biaryle mit bis zu 26 % ee.

In der vorliegenden Arbeit wird die Synthese und Charakterisierung von chiralen prolylfunktionalisierten Farbstoffen vorgestellt. Als chromophore Schlüsselverbindungen wurden Nitroaniline aber auch größere push-pull pi-Systeme wie Schiffsche Basen, Azofarbstoffe und Merocyanine gewählt. Im Fokus dieser Arbeit stehen dabei deren solvatochrome Eigenschaften, pH-Sensitivität sowie mögliche Wechselwirkung mit Biomolekülen und verschiedenen An- und Kationen. Zusätzlich erfolgten Umsetzungen ausgewählter prolylfunktionalisierter chromophorer Bausteine zu Estern und Amiden. Der Einfluss des Prolylbausteins auf das im Festkörper ausgebildete Wasserstoffbrückenbindungsmusters wurde über Einkristallröntgenstrukturanalysen untersucht und nach der Graph Set Methode von Etter klassifiziert. Neben der Einkristallröntgenstrukturanalyse erfolgte die weitere Untersuchung der Festkörpereigenschaften mit Hilfe von UV/Vis- sowie NMR-spektroskopischen Methoden. Das solvatochrome Verhalten der prolylfunktionalisierten Verbindungen wurde mittels multipler linearer Regressionsanalyse gemäß der LSER- (linear solvation energy relationship) Beziehung nach den Ansätzen von Kamlet-Taft und Catalán beschrieben und vergleichend interpretiert.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Synthese und Charakterisierung neuartiger elektrophiler Barbiturate. In diesen Zielverbindungen sollte die kovalente Verknüpfung eines elektrophilen bzw. Lewis-aciden Zentrums mit einer Wasserstoffbrückensequenz realisiert sowie deren gegenseitige Beeinflussung untersucht werden. Im Mittelpunkt standen dabei Barbitursäure-funktionalisierte Triarylmethylium-Ionen sowie Merocyanine. Die Charakterisierung der synthetisierten Verbindungen erfolgte mittels NMR-Spektroskopie, Einkristall-Röntgenstrukturanalyse sowie solvatochromen Messungen. Besonderes Augenmerk lag auf der Wechselwirkung mit verschiedenen Rezeptoren über Wasserstoffbrückenbindungen, wobei sowohl die Anzahl als auch die Stärke der Wasserstoffbrücken variiert wurden. Die Reaktion der elektrophilen Barbiturate mit ausgewählten Nucleophilen wurde NMR- und UV/Vis-spektroskopisch verfolgt. In ternären Systemen bestehend aus Elektrophil, Nucleophil und Rezeptor wurde systematisch der Einfluss der Komplexierung über Wasserstoffbrücken auf die Gleichgewichts- und Geschwindigkeitskonstante der Elektrophil-Nucleophil-Rekombination erfasst. Daneben erfolgte die Bestimmung der Nucleophilie-Parameter substituierter Barbiturat-Anionen unter Berücksichtigung des ambidenten Verhaltens dieser Nucleophile.