In dieser Arbeit wurde ein Modell-Katalysator-Ansatz angewandt um Mischoxide mit Molybdän und Titan zu untersuchen. Die Schichten wurden auf TiO2(110) Einkristallen durch Verdampfen der Metalle in einer O2 Atmosphäre und in UHV und Nachbehandlung der Filme vorbereitet. Verschiedene Präparationen wurden in der Studie untersucht und diese werden in sechs Kategorien dargestellt. Wenn Mo und Ti in O2 gemeinsam aufgedampft wurden, wurde das meiste Mo an der Oberfläche abgeschieden mit einer nur geringen Mo-Konzentration in tieferen Schichten. Eine Mischung von Mo in TiO2 war sehr begrenzt, und die stimmt mit dem Phasendiagramm MoO2 und TiO2 überein. Mo6+ und Mo4+ sind die dominierenden Oxidationsstufen in den meisten der Schichten, wobei Mo6+ stets näher an der Oberfläche war als Mo4+. Schichten, in denen Mo vollständig in TiO2 gelöst ist, konnten durch Abscheidung von Metallen in UHV und Post-Oxidation der Filme erstellt werden. Im Inneren des TiO2 Gitters hat Mo die Oxidationsstufe 4+. Aufdampfen von Mo in O2 bei Raumtemperatur und anschließendes Tempern in UHV führte zur Bildung zweier Arten von Merkmalen in den STM-Bildern. Diese waren im UHV stabil bis mindestens 1000 K. Die Schichten mit hoher Mo-Konzentrationen erschienen uneinheitlich in den STM-Bildern aber sie zeigte das TiO2(110)-(1x1) LEED-Muster. Der Anstieg in der Mo-Konzentration führte zur Blockierung der Überbrückung Sauerstoffleerstellen (BOVs), was durch STM und Wasser-TPD nachgewiesen wurde. Die Reaktivitäten der Schichten wurden mit Methanol- und Ethanol-TPD getestet. Eine unerwartete Formaldehyd/Methanbildung bei hohen Temperaturen (~650 K) wurde bei der Methanol-TPD von reinem TiO2(110) beobachtet und mit BOVs in Verbindung gebracht. Der Anstieg der Mo-Konzentration unterdrückte diesen Effekt sowie die Ethylenbildung (~600 K) beim Durchführen von Ethanol-TPD. Sowohl in Ethanol als auch Methanol-TPD wurden neue Reaktionswege zu Ethylen und Methan-Bildung bei ~500 K beobachtet. / In this work, a model-catalyst approach has been taken to study oxide mixtures containing molybdenum and titanium. The layers were prepared on TiO2(110) single crystals by evaporating the metals in an O2 atmosphere or in UHV and post treating the deposited material. Different preparation procedures were employed in the study and these are presented in six categories. When Mo and Ti were co-deposited in O2, most of the molybdenum stayed at the surface with only a small Mo concentration in deeper layers. Mixing of Mo into TiO2 was very limited, consistent with the phase diagram of MoO2 and TiO2. Mo6+ and Mo4+ were the dominant oxidation states in most of the layers and Mo6+ was always nearer to the surface than Mo4+. Layers where Mo was completely mixed into TiO2 could be prepared by depositing metals in UHV and post-oxidizing the deposited material. Inside the TiO2 lattice, Mo had an oxidation state of 4+. Depositing Mo in O2 at room temperature and post annealing in UHV led to the formation of two types of features in the STM images. These features were stable in UHV up to at least 1000 K. The layers with high Mo concentrations appeared patchy in the STM images but they still exhibited the TiO2(110)-(1x1) LEED pattern. The increase in Mo concentration led to the blocking of the bridging oxygen vacancies (BOVs) as evidenced by STM and water TPD. The reactivities of the layers were tested by methanol and ethanol TPD. An unprecedented high temperature (~650 K) formaldehyde/methane formation channel was observed in the methanol TPD of clean TiO2(110) and was associated with BOVs. The increase in the Mo concentration led to the vanishing of this channel as well as the ethylene formation channel (~600 K) in the case of ethanol TPD. In both ethanol and methanol TPD, new reaction channels towards ethylene and methane formation at ~500 K appeared.

Nous avons étudié la chimie de surface de carbones poreux fonctionnalisés avec des oximes et amidoximes d’une part, et avec de la guanidine d’autre part. Nous avons axé ces travaux sur la compréhension et la quantification de ces fonctionnalisations par analyse thermique et plus particulièrement par thermo-désorption programmée en température couplée à la spectroscopie de masse (TPD-MS). Par la suite, nous avons évalué l’intérêt de la fonctionnalisation par la guanidine des carbones mésoporeux pour deux applications : le piégeage du CO2 et la capacité à synthétiser et stabiliser des nanoparticules métallique. Pour la première application, des tests d’adsorption du CO2 à 0°C et 20°C à 1 bar ont été réalisés sur un carbone mésoporeux oxydé sous air en présence ou non de guanidine. L’intensité des interactions (physisorption versus chimisorption) a été sondée par des calculs de chaleurs isostériques d’adsorption. Pour la seconde applications, nous avons utilisé des carbones mésoporeux oxydés en présence ou non de guanidine pour synthétiser des nanoparticules d’argent de taille inférieure à 2 nm et relativement monodisperses en taille. Des particules bimétalliques d’AgCu ont également été obtenues au sein de ces matrices carbonées mésoporeuses imprégnées par la guanidine. On a pu mettre ici en évidence un rôle bénéfique de la guanidine sur le taux de cuivre réduit. Des suivis thermiques par MET in situ ont également été réalisés afin d’évaluer la stabilité thermique de ces nanoparticules et de mieux appréhender l’intérêt de la fonctionnalisation sur les phénomènes de frittage de ces nanoparticules. Finalement, des tests catalytiques pour l’époxydation sélective du styrène ont aussi été effectués sur le matériau Ag/C. Les résultats préliminaires sont très prometteurs pour un procédé de préparation de catalyseur très simple à mettre en œuvre. / In this work, we studied the surface chemistry of porous carbons functionalized firstly with oximes and amidoximes and then with guanidine. We focused this work on the understanding and quantification of these functionalization with thermal analysis and more particularly by Temperature Programmed Desorption/Mass Spectrometry (TPD-MS). Subsequently, we evaluated the interest of guanidine functionalization of mesoporous carbons for two applications : the capture of CO2 and the ability to synthesize and stabilize metal nanoparticles. For the first application, CO2 adsorption tests at 0 ° C. and 20 ° C. at 1 bar were carried out on a mesoporous carbon oxidized under air in the presence or absence of guanidine. The intensity of interactions (physisorption versus chemisorption) was probed by isosteric adsorption heat calculations. For the second applications, we used oxidized mesoporous carbons with or without guanidine to synthesize silver nanoparticles less than 2 nm in size and relatively monodisperse in size. Bimetallic AgCu particles were also obtained from these mesoporous carbon matrices impregnated with guanidine. A beneficial role of guanidine on the reduced copper content has been shown here. In situ TEM has also been carried out in order to evaluate the thermal stability of these nanoparticles and to understand the interest of the functionalization on the sintering of these nanoparticles. Finally, catalytic tests for the selective epoxidation of styrene were also performed on these materials. The preliminary results are very promising for a catalyst preparation process and very simple to implement.

La tomographie d'émission par positrons (TEP) est un outil d'imagerie moléculaire puissant et non invasif permettant d'étudier in vivo des processus physiologiques et moléculaires, tant au niveau cardiaque, cérébral qu'oncologique. En oncologie clinique, la TEP est surtout utilisée pour détecter des tumeurs cancéreuses et évaluer leur réponse à diverses thérapies. Au niveau de la recherche pré-clinique en oncologie, cette modalité d'imagerie moléculaire prometteuse est portée à jouer un rôle important dans le développement de nouveaux protocoles de traitement. Le radiotraceur le plus utilisé pour évaluer le métabolisme tumoral du glucose est le 2-deoxy-2-[[indice supérieur 18]F]-fluoro-D-glucose ([[indice supérieur 18]F]-FDG). La thérapie photodynamique (TPD) est de plus en plus employée dans le traitement de certains cancers.La TPD nécessite la présence combinée de photosensibilisateurs (PS) localisés dans les tumeurs, de lumière à une longueur d'onde appropriée et d'oxygène moléculaire afin d'induire des dommages oxydatifs aux tissus tumoraux.La thérapie photodynamique peut amener une régression tumorale selon deux mécanismes d'action différents. Elle peut engendrer la mort des cellules tumorales directement, alors qu'elle peut aussi endommager la vascularisation de la tumeur amenant une mort indirecte des cellules malignes.La contribution relative de ces deux principaux mécanismes d'action sur la réponse tumorale dépend de la distribution du photosensibilisateur au niveau des compartiments cellulaires ou vasculaires de la tumeur qui à son tour, dépend de la nature chimique de celui-ci. Les PS amphiphiles, comme la phtalocyanine ZnPcS[indice inférieur 2], sont préférentiellement transportés par des lipoprotéines qui pénètrent directement dans les cellules tumorales, alors que les PS hydrophiles tels que la phtalocyanine AlPcS[indice inférieur 4] sont principalement transportés par la protéine albumine et sont déposés dans le stroma vasculaire de la tumeur. Il s'ensuit que la TPD faite avec le ZnPCS[indice inférieur 2] induit plutôt une mort cellulaire directe, alors que l'emploi du AlPcS[indice inférieur 4] affectera en premier lieu le système vasculaire de la tumeur amenant une mort cellulaire indirecte par la suite. Étant donné que l'application de la thérapie photodynamique occasionne très rapidement des effets au niveau des tumeurs traitées, la tomographie d'émission par positrons pourrait certes être un outil idéal pour étudier les réponses biochimiques et physiologiques au niveau des tumeurs tôt suite à ce traitement. L'imagerie TEP avec le [[indice supérieur 18]F]-FDG s'est effectivement avérée être une méthode prometteuse dans l'étude des effets de la thérapie photodynamique du cancer in vivo, soit dans l'évaluation de l'efficacité d'un photosensibilisateur ou dans la détermination de son mécanisme d'action. Des travaux antérieurs en ont montré le potentiel en procédant à des scans à différents temps après la TPD pour mesurer la captation tumorale du [[indice supérieur 18]F]-FDG, injecté sous forme de bolus. Toutefois, cette approche conventionnelle ne donne pas d'informations sur les processus biologiques transitoires impliqués dans la destruction des cellules tumorales, c'est-à-dire les processus survenant durant et immédiatement après l'illumination. Ce mémoire illustre donc une nouvelle approche utilisant l'imagerie TEP, avec infusion continue du radiotraceur [[indice supérieur 18]F]-FDG, pour l'évaluation en temps réel de la réponse tumorale à la TPD chez le rat. De façon plus spécifique, le mécanisme d'action de différents photosensibilisateurs sera investigué en fonction des processus métaboliques transitoires observés durant et immédiatement après l'illumination. De plus, afin de mieux comprendre les processus physiologiques impliqués dans l'avènement de certains changements métaboliques, des études TEP en temps réel évaluant le flot sanguin tumoral durant la TPD ont aussi été amorcées avec les radiotraceurs [[indice supérieur 13]N]-NH[indice inférieur 3] et [[indice supérieur 64]Cu]-PTSM. En somme, nous avons réussi à démontrer la faisabilité d'utiliser l'imagerie TEP en temps réel avec des infusions continues de [[indice supérieur 18]F]-FDG afin d'étudier la réponse métabolique tumorale durant la thérapie photodynamique chez un modèle de rongeur. Cette méthode s'est avérée très pertinente dans l'étude des changements métaboliques transitoires survenant au niveau tumoral et systémique pendant et tout de suite après la TPD, particulièrement pour la caractérisation des mécanismes d'action de différents photosensibilisateurs. En effet, l'observation de différences significatives au niveau des profils de captation du [[indice supérieur 18]F]-FDG procure une façon rapide de distinguer entre un mécanisme de destruction directe ou indirecte des cellules tumorales et ce, en temps réel. En plus de visualiser la réponse métabolique tumorale à la thérapie photodynamique, cette procédure d'imagerie TEP en temps réel pourrait aussi être appliquée à l'étude des changements du flot sanguin tumoral pendant la TPD, ainsi qu'à l'étude de mécanismes de réponse spécifiques tels que les processus apoptotiques.

SUMMARY The current doctoral thesis studies the synthesis of Mo-V-Te-containing mixed metal oxides and the characterization of their physico-chemical and catalytic properties for alkanes selective oxidation reactions, such as the oxidative dehydrogenation of ethane and the partial oxidation of propane into acrylic acid. First, the study focuses on the effect of promoters (cations of Ga, Al or Nb) in Mo-V-Te mixed oxide catalysts prepared by hydrothermal synthesis, incorporated by wet impregnation or directly through the synthesis gel. In general, an improvement in the catalytic behavior of promoted Mo-V-Te catalysts for propane partial oxidation to acrylic acid has been observed for all the promoters studied using both incorporation methods. In the case of Ga, the best results have been observed for the impregnation method, which seems to favor the Ga incorporation mainly on the catalyst surface decreasing the density and strength of acid sites responsible for overoxidation reactions. On the other hand, the addition of Ga directly through the synthesis gel leads to its partial incorporation into the crystalline phase responsible for the activation and selective transformation of the alkane, the so-called M1 phase. This incorporation appears to be dependent on the Ga/V ratio in the synthesis gel, due to the competition found between both elements (Ga and V) to occupy similar sites in the M1 structure. Since the occupation preference is for vanadium, the lower the the Ga/V ratio in the synthesis gel, the lower the Ga amount incorporated into the catalysts frame. On the other hand, the addition of cations Al or Nb cations as promoters in Mo-V-Te mixed oxide catalysts, by impregnation method, leads to an improvement of the catalytic behavior for propane partial oxidation to acrylic acid, compared to any of the Mo-V-Te catalysts with Ga incorporated as promoter. The best results have been reached with the Nb-containing catalyst for which either the catalytic activity or the selectivity to acrylic acid are enhanced, while only the selectivity is improved in the case of Al. Those materials have been also tested as catalysts for oxidative dehydrogenation (ODH) of ethane to ethylene. In this case, the differences in the catalytic behavior, among promoted Mo-V-Te catalysts or those and the pristine Mo-V-Te catalyst are not as marked as for propane partial oxidation. This fact is related to the effect of the promoter especially on the acid-base surface properties, and to the different nature of the reaction product in each case, i.e. olefin (for ethane) and unsaturated carboxilic acid (for propane). The formation and stability of the latter more sensitive to changes on the catalyst surface acidity. Finally, a new method has been optimized to develop efficient Mo-V-Te-Nb mixed oxide catalysts for partial alkane oxidation reactions, based on the precipitation by reflux synthesis of the catalyst precursor. The influence of different parameters for the reflux synthesis, such as temperature, time, pH and type of vanadium reactant, have been investigated and optimized in order to favor the formation of the so-called M1 phase, responsible for the activation and selective transformation of the alkane. The catalysts optimized in a short period with this new method show catalytic properties, for either ethane or propane partial oxidation, comparable to those obtained with catalysts after many years of optimization using traditional methods, i.e. hydrothermal and dry-up or co-precipitation methods. Due to the nature of the new method based on reflux synthesis, comprehension on some aspects of the synthesis mechanism of these materials has been advanced / RESUMEN La presente tesis doctoral se centra en el estudio de la síntesis de óxidos mixtos de Mo-V-Te, la caracterización de sus propiedades físico-químicas y su aplicación como catalizadores en reacciones de oxidación selectiva de alcanos, como la deshidrogenación oxidativa de etano a etileno y la oxidación parcial de propano a ácido acrílico. En primer lugar se ha estudiado el efecto de promotores (cationes de Ga, Al ó Nb) en catalizadores de Mo-V-Te preparados por el método hidrotermal, incorporados por impregnación húmeda o en el gel de síntesis. En general, se observa una mejora en el comportamiento catalítico para la oxidación parcial de propano a ácido acrílico sobre todos los catalizadores óxidos de Mo-V-Te modificados con los promotores aquí estudiados, independientemente de las diferencias respecto al método de incorporación empleado. En el caso del Ga, los mejores resultados se han observado por impregnación, así se favorece principalmente la incorporación de Ga en la superficie del catalizador, disminuyendo la densidad y la fortaleza de los centros ácidos, responsables de la descomposición del producto oxigenado de oxidación parcial deseado. Por otro lado, la adición de cationes Ga directamente en gel de síntesis dirige a su incorporación parcial dentro de la estructura cristalina responsable de la activación y transformación selectiva del alcano, conocida con el nombre de fase M1. Esta incorporación ha mostrado una dependencia importante con la relación Ga/V de partida en el gel de síntesis, debido a una competición entre ambos elementos (Ga y V) por ocupar centros de red equivalentes en la estructura de la fase M1. La preferencia de ocupación parece ser para el V, y por tanto, la incorporación de Ga menor cuanto menor es la relación Ga/V en el gel de síntesis. La adición por impregnación de cationes Al ó Nb como promotores en catalizadores Mo-V-Te, dirige a una mejora del comportamiento catalítico de estos materiales para la oxidación parcial de propano a ácido acrílico, superior a la de cualquier catalizador Mo-V-Te con Ga como promotor. Los mejores resultados se han obtenido sobre el catalizador con Nb, para el cual, tanto la actividad catalítica como la selectividad a ácido acrílico aumentan con respecto al catalizador de partida Mo-V-Te-O sin promotor, para el caso del Al únicamente aumenta la selectividad. También se ha evaluado la aplicación de estos materiales como catalizadores para la deshidrogenación oxidativa de etano a etileno. En este caso, las diferencias en el comportamiento catalítico, entre los catalizadores, no son tan acusadas como en el caso de la oxidación parcial de propano. Este hecho está relacionado con el efecto de los promotores sobre las propiedades ácido-base superficiales y a la diferente naturaleza del producto de reacción en cada caso: olefina (para etano) y ácido carboxílico insaturado (para propano). Finalmente, se ha optimizado un nuevo método para desarrollar catalizadores Mo-V-Te-Nb eficientes en reacciones de oxidación parcial de alcanos, basado en la precipitación a reflujo de los precursores catalíticos. Por eso, se ha investigado la influencia de diferentes parámetros de la síntesis a reflujo, como temperatura, tiempo, pH y el tipo de reactivo de vanadio; optimizando la síntesis para favorecer la formación de la fase M1, responsable de la activación y transformación selectiva del alcano. Los catalizadores optimizados mediante este nuevo método alcanzaron propiedades catalíticas, tanta para la DHO de etano como para la oxidación parcial de propano, comparables a las obtenidas con catalizadores optimizados durante años empleando los métodos tradicionales de síntesis: hidrotermal y co-precipitación. Gracias a las características de este método basado en la síntesis a reflujo, hemos podido realizar avances en la comprensión de algunos aspectos del mecanismo de síntesis de estos materiales. / RESUM La present tesi doctoral se centra en l'estudi de la síntesi d'òxids mixtes de Mo-V-Te, la caracterització de les seues propietats fisicoquímiques i la aplicació com catalitzadors en reaccions d'oxidació selectiva d'alcàns, com ara la deshidrogenació oxidativa d'età a etilé i l'oxidació parcial de propà a àcid acrílic. En primer lloc s'ha estudiat l'efecte dels promotors (cations de Ga, Al o Nb) en catalitzadors òxids de Mo-V-Te preparats pel mètode hidrotermal, be incorporats per impregnació humida o directament en el gel de síntesi. En general, s'observa una millora en el comportament catalític per a l'oxidació parcial de propà a àcid acrílic sobre tots els catalitzadors òxids de Mo-V-Te modificats amb els promotors estudiats, independentment de les diferències respecte al mètode d'incorporació empleat. En el cas del Ga, els millors resultats s'han observat pel mètode d'impregnació, el qual pareix afavorir principalment la incorporació de Ga en la superfície del catalitzador, disminuint tant la densitat com la fortalesa dels centres àcids, responsables de la descomposició del producte oxigenat d'oxidació parcial desitjat. D'altra banda, l'addició de cations Ga directament al gel de síntesi dirigix a la seua incorporació parcial dins de l'estructura cristal·lina responsable de l'activació i transformació selectiva de l'alcà, coneguda amb el nom de fase M1. Esta incorporació ha mostrat una dependència important amb la relació Ga/V de partida en el gel de síntesi, a causa d'una competició entre ambdós elements (Ga i V) per ocupar centres de xarxa equivalents en l'estructura de la fase M1. La preferència d'ocupació pareix ser per al V, i per tant, la incorporació de Ga en el catalitzador és menor quant menor és la relació Ga/V en el gel de síntesi. D'altra banda, l'addició per impregnació de cations Al o Nb com a promotors en catalitzadors òxids de Mo-V-Te, dirigix a una millora del comportament catalític d'estos materials per a l'oxidació parcial de propà a àcid acrílic, superior a la de qualsevol catalitzador Mo-V-Te amb Ga com a promotor. Els millors resultats s'han obtingut sobre el catalitzador amb Nb, per al qual, tant l'activitat catalítica com la selectivitat a àcid acrílic augmenten respecte al catalitzador de partida Mo-V-Te-O sense promotor, mentres que per al cas del Al únicament augmenta la selectivitat. També s'ha avaluat l'aplicació d'estos materials com a catalitzadors per a la deshidrogenació oxidativa d'età a etilé. En este cas, les diferències en el comportament catalític no són tan acusades com en el cas de l'oxidació parcial de propà. Este fet està relacionat amb l'efecte dels promotors sobre les propietats àcid-base superficials, especialment, i a la diferent naturalesa del producte de reacció en cada cas: olefina (per a età) i àcid carboxílic insaturat (per a propà). Finalment, s'ha realitzat l'optimització d'un nou mètode per al desenvolupament de catalitzadors òxids de Mo-V-Te-Nb eficients en reaccions d'oxidació parcial d'alcàns, basat en la precipitació a refluxe dels precursors catalítics. Per això, s'ha investigat la influència de diferents paràmetres de la síntesi a reflux, com ara temperatura, temps, pH i el tipus de reactiu de vanadi; optimitzant la síntesi a fi d'afavorir la formació de l'estructura coneguda com a fase M1, responsable de l'activació i transformació selectiva de l'alcà. Els catalitzadors optimitzats amb este nou mètode van aconseguir propietats catalítiques, tant per a la DHO d'età com per a l'oxidació parcial de propà, comparables a les obtingudes amb els catalitzadors optimitzats durant anys emprant els mètodes tradicionals de síntesi: hidrotermal i co-precipitació. Gràcies a les característiques pròpies d'este nou mètode basat en la síntesi a refluxe, hem pogut realitzar avanços en la comprensió d'alguns aspectes del mecanisme de síntesi d'estos materials. / Massó Ramírez, A. (2017). OXIDACIÓN SELECTIVA DE PROPANO Y ETANO EMPLEANDO CATALIZADORES BASADOS EN OXIDOS MULTICOMPONENTES [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90463 / TESIS

Donor-acceptor conjugated polymers opened a new era for conjugated polymer research due to the abundant selection and combination of different conjugated units. This class of polymers function as semiconductor materials with potential application in plastic consumer electronics. The frontier molecular orbital energies of the polymers are generally determined by the selection of donor and acceptor units in the backbone structure, and their substituents. The side chains attached to the backbone not only affect the solubility of the materials, but also their self-assembly and morphological characteristics, which indirectly govern optoelectronic properties. It is important therefore to consider backbone architectures and the side chains together, to control (opto)-electronic properties for specific applications, while also maintaining solution processability without disrupting solid-state packing. The research presented in this dissertation focuses largely on the side chains: how the bulk and position of side chains affect the (opto)-electronic properties of select donor-acceptor (D-A) conjugated polymers. More precisely the intent is to vary the size and position of branches in the alkyl side chains of donor-acceptor polymers, in the attempt to solubilize poorly soluble polymers, without disrupting self-assembly of the polymer backbones into close p-stacks. After an introductory chapter 1, chapter 2 mainly focuses on the synthesis and structure-property study of polymers with 2,3,5,6-tetrafluorobenzene (TFB) as the acceptor motif and benzo[1,2-b:4,5-b′]dithiophene (BDT) as donor units carrying solubilizing substituents. TFB units were chosen based on previous observations that this acceptor unit imparts particularly poor solubility to various donor-acceptor copolymers. The current study indicates that bulky branches placed close to the polymer backbone could solubilize the PBDTTFB copolymers without altering the absorption profile and oxidation potentials. Optical, wide-angle x-ray diffraction (WAXD) and solubility studies shows that solubility is closely related to branching size and position. As the branch size in increased, the solubility of these polymers undergoes a step-change. The third chapter mainly focuses on the structure-property study of D-A polymers with thienopyrroledione (TPD) as acceptor. Unlike TFB, this acceptor can carry additional side chains that can compete with the space-filling demands of the donor unit side chains. As donor, the rigid BDT unit was compared with 3,3’-dialkoxy-2,2’bithiophene (RO2T2) units which have a similar size, but contain a “swiveling” central σ-bond. Bulkiness of side chains attached to the T2 units should be expected to have a more severe impact, possibly causing the two thiophene units of the T2 units to twist out of plane. It was demonstrated that alkoxy side chains with bulky branches in close proximity to the polymer backbones does not disrupt conjugation in these polymers. The UV-Vis absorption spectra of RO2T2-TPD polymers were red-shifted (more than 120 nm) in comparison to PBDTTPD polymers due to the smaller Eg (energy gap), which might be attributed to the expected higher energy HOMO imparted by the donor unit. The π-π stacking of polymers with BDT units was little affected by the bulky side chains. However, the π-π stacking of polymers with RO2T2 units was much more sensitive to side-chain bulk, with high degree of order and close π-π stacking only if proper local free spacing exists for side-chain interdigitation. Chapter 4 reports efforts to study polymers from the same set of RO2T2 monomers studied in Chapter 3, but without acceptor units that might otherwise drive self-assembly. RO2T2 homopolymers were synthesized via the Grignard metathesis (GRIM) method. Further, copolymers were prepared with RO2T2 units alternating with thiophene, thieno[3,2-b]thiophene or bithiophene. The spectroscopic studies suggest these polymers with bulky side chains exhibit some varying level of backbone conjugation. Somewhat surprisingly, despite an expected decrease in the strength of intermolecular donor-acceptor interactions, the solubilities were in some cases low, but varied with volume fraction of side chains. Further, even for polymers that appear to easily dissolve, aggregation in solution is so extensive as to give ensembles “too large” for characterization by GPC and or solution NMR. Oxidation potentials seem essentially insensitive to any of the structural variables (governed mostly by the backbone RO2T2 units).

This thesis summarizes the methods and major findings of Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride cata-lyst synthesis, characterization, hydrotreating activity, kinetic analysis and correlation of the catalysts activities to their synthesis parameters and properties.<p> The range of parameters for catalyst synthesis were W (15-40 wt%), Ni (0-8 wt%), P (0-5 wt%) and nitriding temperature (TN) (500-900 °C). Characterization techniques used included: N2 sorption studies, chemisorption, elemental analysis, temperature programmed studies, x-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray, infrared spectroscopy, trans-mission electron microscopy and x-ray absorption near edge structure. Hydrodesulfurization (HDS), hydrodenitrogenation (HDN) and hydrodearomatization (HDA) were performed at: tem-perature (340-380 °C), pressure (6.2-9.0 MPa), liquid hourly space velocity (1-3 h-1) and hydro-gen to oil ratio (600 ml/ml, STP).<p> The predominant species on the catalyst surface were Ni3N, W2N and bimetallic Ni2W3N. The bimetallic Ni-W nitride species was more active than the individual activities of the Ni3N and W2N. P increased weak acid sites while nitriding temperature decreased amount of strong acid sites. Low nitriding temperature enhanced dispersion of metal particles. P interacted with Al2O3 which increased the dispersion of metal nitrides on the catalyst surface. HDN activity in-creased with Ni and P loading but decreased with increase in nitriding temperature (optimum conversion; 60 wt%). HDS and HDA activities went through a maximum with increase in the synthesis parameters (optimum conversions; 88. wt% for HDS and 47 wt% for HDA). Increase in W loading led to increase in catalyst activity. The catalysts were stable to deactivation and had the nitride structure conserved during hydrotreating in the presence of hydrogen sulfide.<p> The results showed good correlation between hydrotreating activities (HDS and HDN) and the catalyst nitrogen content, number of exposed active sites, catalyst particle size and BET surface area.<p> HDS and HDN kinetic analyses, using Langmuir-Hinshelwood models, gave activation energies of 66 and 32 kJ/mol, respectively. There were no diffusion limitations in the reaction process. Two active sites were involved in HDS reaction while one site was used for HDN. HDS and HDN activities of the Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride catalysts were comparable to the corre-sponding sulfides.

This thesis summarizes the methods and major findings of Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride cata-lyst synthesis, characterization, hydrotreating activity, kinetic analysis and correlation of the catalysts activities to their synthesis parameters and properties.<p> The range of parameters for catalyst synthesis were W (15-40 wt%), Ni (0-8 wt%), P (0-5 wt%) and nitriding temperature (TN) (500-900 °C). Characterization techniques used included: N2 sorption studies, chemisorption, elemental analysis, temperature programmed studies, x-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray, infrared spectroscopy, trans-mission electron microscopy and x-ray absorption near edge structure. Hydrodesulfurization (HDS), hydrodenitrogenation (HDN) and hydrodearomatization (HDA) were performed at: tem-perature (340-380 °C), pressure (6.2-9.0 MPa), liquid hourly space velocity (1-3 h-1) and hydro-gen to oil ratio (600 ml/ml, STP).<p> The predominant species on the catalyst surface were Ni3N, W2N and bimetallic Ni2W3N. The bimetallic Ni-W nitride species was more active than the individual activities of the Ni3N and W2N. P increased weak acid sites while nitriding temperature decreased amount of strong acid sites. Low nitriding temperature enhanced dispersion of metal particles. P interacted with Al2O3 which increased the dispersion of metal nitrides on the catalyst surface. HDN activity in-creased with Ni and P loading but decreased with increase in nitriding temperature (optimum conversion; 60 wt%). HDS and HDA activities went through a maximum with increase in the synthesis parameters (optimum conversions; 88. wt% for HDS and 47 wt% for HDA). Increase in W loading led to increase in catalyst activity. The catalysts were stable to deactivation and had the nitride structure conserved during hydrotreating in the presence of hydrogen sulfide.<p> The results showed good correlation between hydrotreating activities (HDS and HDN) and the catalyst nitrogen content, number of exposed active sites, catalyst particle size and BET surface area.<p> HDS and HDN kinetic analyses, using Langmuir-Hinshelwood models, gave activation energies of 66 and 32 kJ/mol, respectively. There were no diffusion limitations in the reaction process. Two active sites were involved in HDS reaction while one site was used for HDN. HDS and HDN activities of the Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride catalysts were comparable to the corre-sponding sulfides.

The alkyl substitution effects and the hybridization effects on the rate of coupling of adsorbed hydrocarbon groups on Ag(111) have been investigated under ultrahigh vacuum by temperature programmed reaction/desorption (TPR/D). For these two different issues, two types of halide precursors were used. One is to form adsorbed fragments bearing C£\(sp3) and C£\-H, the other is to yield adsorbed fragments with different hybridized £\-carbons without C£\-H. The desired hydrocarbon groups were generated on Ag(111) by the thermal dissociation of the C-X (X = I or Br) bond in the corresponding halogenated compounds. Substitution of alkyl for hydrogen in the adsorbed alkyl groups systematically raises the coupling temperature. For example, 3-pentyl groups homo-couple at temperatures ~ 70 K higher than the ethyl homo-coupling reaction. The concept of ¡§geminal repulsion¡¨ can account for our experimental results while the size and the number of the alkyl substitution groups increase. Different hybridized C£\ (metal-bonded carbon) species cause various angle strain energies in the cyclic transition state for the coupling reaction. The C£\(sp) species (CH3C¡ÝC(ad) and (CH3)3SiC¡ÝC(ad)) have rather high coupling temperatures (~ 460 K) due to the unidirectional sp orbital and the stronger Ag-C(sp) bond in the transition state. The relative rates for homo-coupling as a function of the hybridization of the metal-bound carbon follow the trend sp3 > sp2 > sp on the Ag(111) surface. Lastly, we found that the isobutyl groups undergo a £]-hydride elimination instead of homo-coupling on the Ag(111) surface. It may be due to that isobutyl groups have a total of nine £]-hydogens among all the hydrocarbon groups, which makes this rare reaction pathway possibly occur on Ag(111).

La physico-chimie et l'évolution des différents milieux qui constituent le milieu interstellaire<br />dépendent étroitement de H2, son principal constituant moléculaire. En particulier,<br />la connaissance incomplète du bilan énergétique et de l'efficacité de la réaction de<br />formation d'hydrogène moléculaire par catalyse hétérogène sur les grains de poussière est<br />une source importante d'incertitude dans la description de la dynamique du milieu, notamment<br />lors de la formation d'étoiles. L'´etude de cette réaction et de ses sous-processus<br />(collage et diffusion sur les grains, désorption) est abordée théoriquement et expérimentalement<br />depuis plus de 40 ans.<br />Cette thèse vise par une approche expérimentale à caractériser la réaction de formation<br />d'hydrogène moléculaire à la surface des glaces d'eau. Elle s'articule autour du<br />dispositif FORMOLISM. Ultravide, cryogénie, jets atomiques, spectrométrie de masse<br />et spectroscopie UV sont réunis pour étudier en particulier les effets de l'hétérogénéité<br />et de la porosité de la surface. L'étude de la désorption de l'hydrogène moléculaire s'est<br />révélée indispensable à l'interprétation des expériences de formation. Nous avons mesuré les distributions d'énergies d'adsorption de H2, HD et D2. Ces mesures permettent<br />d'estimer la quantité d'hydrogène moléculaire en surface des grains interstellaires. La<br />présence d'hydrogène moléculaire modifie l'efficacité de la réaction. Un mécanisme de<br />ségrégation isotopique a été mis en évidence et son importance pour la deutération de<br />l'hydrogène moléculaire en surface des manteaux de glace a été étudiée. Les expériences<br />sur la formation révèlent que sur les glaces poreuses l'énergie dégagée par la réaction est<br />transmise à la surface par la rétention des molécules formées. La réaction reste efficace<br />à des températures plus élevées (20 K) que sur les glaces non poreuses (13 K). Sur ces<br />dernières, les molécules formées sont directement libérées en phase gazeuse où elles sont<br />détectées dans des états rovibrationnellement excités.

This dissertation has investigated the adsorption, thermal behavior, and radiation (both photon and electron) processing of prebiotically-relevant ices and surfaces. A custom ultra-high vacuum (UHV) chamber has been built that is coupled with a Fourier Transform-Infrared (FT IR) spectrometer and a Temperature Programmed Desorption (TPD) system that utilizes Quadrupole Mass Spectrometry (QMS) to study selected organic:surface systems. Formamide (HCONH₂) has been studied in two related but distinct studies relevant to primitive Earth and interstellar chemistry. First, in collaboration with a theory group, formamide’s interaction with kaolinite (Al6Si6O36H30), a clay mineral relevant to early Earth chemistry, has been studied experimentally and theoretically. Experimental infrared results are compared with calculated infrared frequencies obtained by our collaborators. TPD analysis is compared with the calculated values of adsorption energy, and the optimal kaolinite termination site for adsorption is reported. Second, the first thermal and radiation damage study of pure formamide and HCONH₂:H₂O mixed ices on an interstellar icy grain analog (SiO₂) is reported. A discussion of the pure formamide ice phases identified with FT-IR upon warm-up, as well as the TPD binding energies of HCONH₂ on SiO₂, is presented. The observed Lyman-alpha photochemical products and proposed formation mechanisms from pure formamide ice is reported and discussed. In addition, results of Lyman alpha processing of mixed HCONH₂:H₂O ices are provided. Low-energy electron irradiation of pure HCONH₂ and HCONH₂:H₂O mixed ices has also been reported for the first time. A third investigation has studied acetylene (C₂D₂) and acetonitrile (CH₃CN) interactions and radiation stability in mixed low-temperature ices to simulate possible prebiotic reactions that may occur on Saturn’s moon, Titan. This investigation contributes to understanding the possible consumption, trapping, and degradation of these species on the surface of Titan.