This thesis describes novel concepts for the measurement of the static and dynamic properties of the electronic structure of molecules and nanocrystals in the liquid phase by means of coherent fluorescence-detected spectroscopy in two and three frequency dimensions. These concepts are based on the systematic variation ("phase cycling") of a sequence of multiple time-delayed femtosecond excitation pulses in order to decode a multitude of novel nonlinear signals from the resulting phase-dependent fluorescence signal. These signals represent any permutation of correlations between zero-, one-, two-, and three-quantum coherences. To this end, two new phase-cycling schemes have been developed which can simultaneously resolve and discriminate several nonlinear signals of sixth order, including those of the fourth order of nonlinearity. By means of the sixth-order signals recorded in this work, static properties of highly excited electronic states in molecules such as their energies, transition dipole moments, and relative displacement of electronic potential surfaces, as well as dynamic properties in terms of their relaxation kinetics, can be ascertained. Furthermore, it was shown that these signals are suitable for the characterization of exciton-exciton correlations in colloidal quantum dots and for the measurement of ultrafast exciton-exciton annihilation in molecular aggregates. The experiments performed in this thesis mark an important step towards the complete characterization of the nonlinear response of quantum systems. In view of this, the concept of fluorescence-detected multiple-quantum coherence multidimensional spectroscopy introduced here offers a unified, systematic approach. In virtue of the technical advantages such as the use of a single excitation beam and the absence of nonresonant contributions, the measurement protocols developed here can be directly transferred to other incoherent observables and to sample systems in other states of matter. Furthermore, the approaches presented here can be systematically extended to higher frequency dimensions and higher orders of nonlinearity. / Diese Arbeit beschreibt neuartige Konzepte zur Messung der statischen und dynamischen Eigenschaften der elektronischen Stuktur von Molekülen und Nanokristallen in der flüssigen Phase mittels kohärenter Fluoreszenz-detektierter Spektroskopie in zwei und drei Frequenzdimensionen. Diese Konzepte beruhen auf der systematischen Phasenvariation ("Phase Cycling") einer Sequenz mehrerer zeitverzögerter Femtosekunden-Anregepulse, um aus dem resultierenden phasenabhängigen Fluoreszenzsignal eine Vielzahl von neuartigen nichtlinearen Signalen zu dekodieren. Diese Signale stellen jegliche Permutationen von Korrelationen zwischen Null-, Ein-, Zwei- und Drei-Quantenkohärenzen dar. Hierzu wurden zwei neue Phase-Cycling Schemata entwickelt, welche gleichzeitig mehrere nichtlineare Signale der sechsten Ordnung auflösen und voneinander unterscheiden können, inklusive der Signale der vierten nichtlinearen Ordnung. Mit den in dieser Arbeit aufgenommenen Signalen der sechsten Ordnung können statische Eigenschaften hoch-angeregter elektronischer Zustände in Molekülen wie deren Energien, Übergangsdipolmomente, relative Verschiebung elektronischer Potentialflächen zueinander, sowie dynamische Eigenschaften in Bezug auf deren Relaxationskinetik ermittelt werden. Ferner wurde gezeigt, dass diese Signale zur Charakterisierung von Exziton-Exziton-Korrelationen in kolloidalen Quantenpunkten sowie zur Messung ultraschneller Exziton-Exziton-Annihilierung in molekularen Aggregaten geeignet sind. Die Experimente dieser Arbeit markieren einen wichtigen Schritt in Richtung der vollständigen Charakterisierung der nichtlinearen Antwort von Quantensystemen. Das hier eingeführte Konzept der Fluoreszenz-detektierten multidimensionalen Multiquantenkohärenz-Spektroskopie bietet hierfür einen vereinheitlichten, systematischen Ansatz. In Hinblick auf technische Vorteile wie der Verwendung eines einzigen Anregestrahls und der Abwesenheit von nichtresonanten Beiträgen lassen sich die hier entwickelten Messprotokolle direkt auf andere inkohärente Observablen und auf Probesysteme in anderen Aggregatszuständen übertragen. Ferner lassen sich die vorgestellten Ansätze systematisch auf höhere Frequenzdimensionen und nichtlineare Ordnungen erweitern.

In this work, two techniques, based on the established method of pump--probe spectroscopy were used to investigate the properties of molecular systems in the liquid phase within the visible spectral wavelength range. The first technique is standard transient absorption (TA) spectroscopy which was applied to a diazo-precursor to identify the formation of a biradical in an inert solvent after UV excitation. With the combination of EPR spectroscopy and quantum chemical calculations, the formation of a biradical in an unpolar and non-protic solvent was proven. Besides, in the presence of air or a polar and protic solvent, the biradical reacts ultrafast to various side products. The second technique is time-resolved circular dichroism (TRCD) spectroscopy, which was performed in two different ways. The first approach based on a pulse-enantiomer (PE) setup, where an initially circularly polarized pulse was split into two pulses, of which one was mirrored under normal incidence, to flip its polarization. The result was two pulses with mirrored polarization states that propagate collinearly to the sample as left and right circularly polarized probe pulses. The alignment procedure as well as the drawbacks of this setup are described in detail. However, a new TRCD setup was built that used a polarization grating to get left and right circularly polarized pulses. With the experiences of working with the PE setup, the new TRCD setup could be optimized so that TRCD spectra of a chiral squaraine polymer could be measured. With the help of quantum chemical calculations, the signals were assigned to exciton dynamics that describe spatial and energetic rearrangements of the excitation energy. The alignment and the measurement procedures to perform TRCD spectroscopy with the new setup are described in detail for future experiments. / In dieser Arbeit wurden zwei Techniken, die auf der etablierten Methode der Anrege-Abfrage-Spektroskopie beruhen, zur Untersuchung der Eigenschaften molekularer Systeme in der Flüssigphase im sichtbaren Wellenlängenbereich eingesetzt. Die erste Technik ist die standardmäßige transiente Absorptionsspektroskopie, die auf einen Diazovorläufer angewendet wurde, um die Bildung eines Biradikals in einem inerten Lösungsmittel nach UV-Anregung zu identifizieren. Durch die Kombination von EPR-Spektroskopie und quantenchemischen Berechnungen konnte die Bildung eines Biradikals in einem unpolaren und nicht-protischen Lösungsmittel nachgewiesen werden. Außerdem reagiert das Biradikal in Gegenwart von Luft oder einem polaren und protischen Lösungsmittel ultraschnell zu verschiedenen Nebenprodukten. Die zweite Technik ist die zeitaufgelöste Zirkulardichroismus (TRCD)-Spektroskopie , die auf zwei verschiedene Arten durchgeführt wurde. Der erste Ansatz basiert auf einem Puls-Enantiomer (PE)-Aufbau, bei dem ein ursprünglich zirkular polarisierter Puls in zwei Pulse aufgespalten wurde, von denen einer unter nach einer Reflexion von 90$^\circ$ zur Piegeloberfläche gespiegelt wurde, um seine Polarisation umzukehren. Das Ergebnis waren zwei Pulse mit gespiegelten Polarisationszuständen, die sich kollinear als links- und rechtszirkular polarisierte Abfragepulse ausbreiten. Das Justageverfahren sowie die Nachteile dieses Aufbaus sind ausführlich beschrieben. Außerdem wurde ein neuer TRCD-Aufbau verwirklicht, der ein Polarisationsgitter verwendet, um links- und rechtszirkular polarisierte Pulse zu erhalten. Mit den Erfahrungen aus der Arbeit mit dem PE-Aufbau konnte der neue TRCD-Aufbau so optimiert werden, dass TRCD-Spektren eines chiralen Squaraine-Polymers gemessen werden konnten. Mit Hilfe von quantenchemischen Berechnungen wurden die Signale der Exzitonendynamik zugeordnet, die räumliche und energetische Umlagerungen der Anregungsenergie beschreiben. Die Justage und das Messverfahren zur Durchführung der TRCD-Spektroskopie mit dem neuen Aufbau werden für zukünftige Experimente detailliert beschrieben.

A controlled assembly of natural beta-cyclodextrin modified Au NPs mediated by dopamine is demonstrated. Furthermore, a simple and sensitive colorimetric detection for dopamine is established by the concentration-dependent assembly.

Biofuel cells (BFCs) that utilize enzymes as catalysts represent a new sustainable and renewable energy technology. Numerous efforts have been directed to improve the performance of the enzymatic BFCs (EBFCs) with respect to power output and operational stability for further applications in portable power sources, self-powered electrochemical sensing, implantable medical devices, etc. This concept article details the latest advances about the EBFCs based on porous nanoarchitectures over the past 5 years. Porous matrices from carbon, noble metal, and polymer promote the development of EBFCs through the electron transfer and mass transport benefits. We will also discuss some key issues on how these nanostructured porous media improve the performance of EBFCs in the end.

Hydrogen is an appealing energy carrier for clean energy use. However, storage of hydrogen is still the main bottleneck for the realization of an energy economy based on hydrogen. Many materials with outstanding properties have been synthesized with the aim to store enough amount of hydrogen under ambient conditions. Such efforts need guidance from material science, which includes predictive theoretical tools. Carbon nanotubes were considered as promising candidates for hydrogen storage applications, but later on it was found to be unable to store enough amounts of hydrogen under ambient conditions. New arrangements of carbon nanotubes were constructed and hydrogen sorption properties were investigated using state-of-the-art simulation methods. The simulations indicate outstanding total hydrogen uptake (up to 19.0 wt.% at 77 K and 5.52wt.% at 300 K), which makes these materials excellent candidates for storage applications. This reopens the carbon route to superior materials for a hydrogen-based economy. Zeolite imidazolate frameworks are subclass of MOFs with an exceptional chemical and thermal stability. The hydrogen adsorption in ZIFs was investigated as a function of network geometry and organic linker exchange. Ab initio calculations performed at the MP2 level to obtain correct interaction energies between hydrogen molecules and the ZIF framework. Subsequently, GCMC simulations are carried out to obtain the hydrogen uptake of ZIFs at different thermodynamic conditions. The best of these materials (ZIF-8) is found to be able to store up to 5 wt.% at 77 K and high pressure. We expected possible improvement of hydrogen capacity of ZIFs by substituting the metal atom (Zn 2+) in the structure by lighter elements such as B or Li. Therefore, we investigated the energy landscape of LiB(IM)4 polymorphs in detail and analyzed their hydrogen storage capacities. The structure with the fau topology was shown to be one of the best materials for hydrogen storage. Its total hydrogen uptake at 77 K and 100 bar amounts to 7.8 wt.% comparable to the total uptake reported of MOF-177 (10 wt.%), which is a benchmark material for high pressure and low temperature H2 adsorption. Covalent organic frameworks are new class of nanoporous materials constructed solely from light elements (C, H, B, and O). The number of adsorption sites as well as the strength of adsorption are essential prerequisites for hydrogen storage in porous materials because they determine the storage capacity and the operational conditions. Currently, to the best of our knowledge, no experimental data are available on the position of preferential H2 adsorption sites in COFs. Molecular dynamics simulations were applied to determine the position of preferential hydrogen sites in COFs. Our results demonstrate that H2 molecule adsorbed at low temperature in seven different adsorption sites in COFs. The calculated adsorption energies are about 3 kJ/mol, comparable to that found for MOF systems. The gravimetric uptake for COF-108 reached 4.17 wt.% at room temperature and 100 bar, which makes this class of materials promising for hydrogen storage applications.

Durch diese Arbeit konnten einerseits neuartige sowie bereits bekannte molekulare Tellurringe in Clusterverbindungen und quasi-eindimensionalen Koordinationspolymeren erhalten werden. Die Stabilisierung der zyklischen, homonuklearen Einheiten erfolgt dabei stets durch die Koordination an elektronenreiche Übergangsmetallatome, wobei die koordinierenden Telluratome gegenüber diesen als Zwei-Elektronendonoren fungieren. Die molekularen Clusterverbindungen [M(Te10)](TeX4)2(TeX3)2 (M = Rh, Ir X = Cl, Br) sowie [Ru2(Te10)](TeI4)2(TeI2)2 beinhalten eine übergangsmetallstabilisierte, neutrale Te10-Einheit, wobei jedes Übergangsmetallatom zusätzlich zwei terminale Halogenidotelluratliganden koordiniert. Im neuartigen, zehngliedrigen (Te04Te+0,54Te2)-Fragment finden sich zwei nahezu linear umgebende Telluratome, die als "Tellurbrücke", zwei gefaltete Te4-Ringe zur Vervollständigung der tricyclo[5.1.1.13;5]-Einheit koordinieren. Die Bindungssituation der nahezu linearen Te3-Sequenzen im homonuklearen Fragment sowie die [X-Te-X]-Sequenzen der Halogenidotelluratliganden lassen sich mit 3c4e-Bindungen verstehen. Anhand quantenchemischer Rechnungen konnte die Mehrzentrenbindung sowie die Aussage eines übergangsmetallstabilisierten Fragments bestätigt werden. In den inkommensurabel modulierten Kristallstrukturen (M2Te14I12)(TeI4) Te2I2) (M = Rh, Ir) existieren hingegen zweifach positiv geladene (M2Te14I12)2+-Cluster (M = Rh, Ir) neben nahezu planaren Schichten bestehend aus (TeI4)2--Gruppen und (Te2I2) Molekülen. Das (Te+I2I2) Molekül konnte anhand quantenchemischer Rechnungen als stabiles Molekül in der Gasphase bestätigt werden und stellt ein schweres Homologes des S2Cl2 dar. Die quaternäre Verbindung (Ir2Te14Br12)2(InBr4)2 enthält ebenfalls einen zweifach positiv geladenen Cluster, {[Ir3+2(Te0)4(Te+0,5)4(Te-)2]Te2+2Br-6)2}2+, dessen Ladung durch zwei einfach negativ geladene (In3+Br4)--Gruppen ausgeglichen wird sowie einem neutralen Cluster, [Ir3+2(Te0)4(Te3.-)2](Te2+2Br-6)2, mit einem Te3.--Radikalanion, dessen Existenz mittels ESR-Spektroskopie nachgewiesen wurde. Die aus diskreten Molekülen aufgebaute Verbindung [Ru2(Te6)]TeBr3)4(TeBr2)2 kann je nach Betrachtungsweise entweder als Te6-Ring, der durch zwei (Ru2+Te2+3Br-8)-Kappen umgeben ist oder als [Ru2Te6]4+-Heterokuban, welcher zusätzlich mit Bromidotelluratliganden koordiniert ist, beschrieben werden. In den Kristallstrukturen der ternären Koordinationspolymere [M(Te6)]X3 (M = Rh, Ir; X = Cl, Br, I) verlaufen entlang der c-Achse lineare, positiv geladene [M(Te6)]3+-Ketten (M = Rh,Ir), in denen abwechselnd ein ektronenreiches Übergangsmetallatom und sechsgliedrige Tellurringe koordinativ gebunden sind, wodurch eine hoch symmetrische Anordnung realisiert wird. Dabei zeigt sich aufgrund der starken Bindung an die Übergangsmetallatome eine erhebliche Ringspannung im Vergleich zu den bekannten sechsgliedrigen Tellureinheiten. Isolierte Halogenidionen, welche sich in der Ebene der Übergangsmetallatome befinden, dienen einerseits zum Ladungsausgleich der positiv geladenen Ketten und verbrücken andererseits innerhalb eines Stranges benachbarte Te6-Ringe. Im Koordinationspolymer [Ru(Te8)]Cl2 konnte ein neutraler Te8-Ring mit einer bislang für achtgliedrige Chalkogenmoleküle unbekannten Konformation röntgenographisch nachgewiesen werden. Die Abweichung von der bevorzugten Kronenform, ist wiederum ein E ekt der starken Bindung zwischen den Telluratomen und den Rutheniumatomen. In den linearen, positiv geladenen [Ru(Te8)]2+-Strängen binden 3+3 Telluratome an zwei benachbarte Rutheniumatome. Isolierte Chlorid-Ionen, die zwischen den positiven Strängen eingelagert sind, dienen in der Kristallstruktur zum Ladungsausgleich. Das quaternäre Koordinationspolymer [Ru(Te9)](InCl4)2 beinhaltet eine neuartige, zyklische Te9-Einheit, welche die Vielfalt der tellurreichen Ringstrukturen erweitert. Analog zum ternären Koordinationspolymer [Ru(Te8)]Cl2 gliedert sich die Kristallstruktur in [Ru(Te9)]2+-Stränge, die entlang der c-Achse verlaufen, und dem komplexen Anion (InCl4)-. Ein besonders interessantes Strukturmerkmal der positiv geladenen Stränge stellt das käfigartige Fragment [Ru-(Te9)-Ru] dar, dessen hexazyklischer Aufbau aus kondensierten Fünfringen den isolierten Undecapniktiden Pn113- (Pn = P, As, Sb) topologisch äquivalent ist. Für einen genaueren Einblick in die chemische Bindung der tellurreichen Koordinationspolymere [Rh(Te6)]Cl3, [Ru(Te8)]Cl2 und [Ru(Te9)](InCl4)2 wurden quantenchemische Rechnungen durchgeführt. Eine topologische Analyse der Elektronendichte und des Elektronenlokalisierbarkeitsindikators (ELI-D) an koordinierenden und freien Tellurmolekülen sollte zu detaillierten Aussagen über Gründe der extremen Ringspannung aufgrund der Koordination führen. Zusammenfassend kann feststellt werden, dass die Verzerrung der Tellurringe in den Koordinationspolymeren einerseits der gerichteten Bindung zu den Übergangsmetallatomen geschuldet ist und andererseits um Platz für die sich abstoßenden freien Elektronenpaare zu bekommen. Für weitere Arbeiten könnten zunächst einerseits die Untersuchungen zur Löslichkeit der Clusterverbindung Re4Q4(TeCl2)4Cl8 (Q = S, Se, Te) in organischen Lösungsmitteln als Ausgangspunkt für die Austauschreaktionen der terminalen Halogenidotelluratliganden durch neue verbrückenden Gruppen von Interesse sein. Andererseits kann auch innerhalb des untersuchten Systems, durch Variation der Eduktzusammensetzung, neuartige Tellurmoleküle erwartet sowie die bereits erworbenen Erkenntnisse zur Übertragung auf das leichtere Homologon Selen genutzt werden.

1 Ziel und Gegenstand der Untersuchungen Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Synthese und Charakterisierung von polaren Olefin-basierten Makromonomeren mit Hilfe von Metallocen-Katalysatoren. Polyolefine stellen eine Gruppe von Polymeren dar, die durch Additive oder chemische Veränderungen modifiziert, eine große Vielfalt von Einsatzmöglichkeiten auf der Basis einfach aufgebauter Monomere bieten. Sie stellen deshalb heutzutage die wichtigste Kunststoffgruppe dar. Ein Nachteil ist jedoch die unpolare Struktur dieser Polymere. Ziel dieser Arbeit war die Homopolymerisation polarer Olefine, um ein funktionalisiertes Polyolefin zu erzeugen, dass zudem auch als Makromonomer einsetzbar ist. Als Katalysatoren wurden im Wesentlichen die klassischen Metallocene auf Zr-Basis eingesetzt, aktiviert mit MAO. Die Makromonomere wurden im Anschluss an die Synthese umfassend charakterisiert. 2 Ergebnisse Zur Synthese wurde das bekannte 10-Undecen-1-ol (Undecenol) eingesetzt. Für eine erfolgreiche Homopolymerisation dieses Monomers ist eine effektive Abschirmung des Katalysators gegenüber der polaren Gruppe zur Minimierung der Deaktivierung des Katalysators zu gewährleisten. Für die Einführung von Schutzgruppen fand Triisobutylaluminium (TIBA) Verwendung. Auf diese Weise konnte erstmalig erfolgreich die Synthese von Polyundecenol mit Metallocen-Katalysatoren durchgeführt werden. Es zeigte sich, dass Undecenol als polares und zugleich sterisch anspruchsvolles Monomer mit der überwiegenden Anzahl der eingesetzten Metallocene schwierig zu polymerisieren ist, was im Vergleich zur Polymerisation von kurzkettigen 1 Olefinen, wie zum Beispiel Propen, anhand von geringen Molmassen (< 2000 g/mol) aber auch geringen Ausbeuten zum Ausdruck kommt. Die erzielten Molmassen der Polyundecenole sind jedoch für die Verwendung als Makromonomer vorteilhaft. Die höchsten Polymerausbeuten ermöglichte der Einsatz von ansa-Metallocenen. Mit dem Katalysator Et[Ind]2ZrCl2 konnten hierbei relative Ausbeuten im Bereich von 50 % bis 60 % bei gleichzeitig geeigneten Molmassen von < 10^4 g/mol erzielt werden. Bei der Verwendung von unverbrückten Metallocenen (bis-Cyclopentadienylkomplexe) sind die Ausbeuten und Molmassen im Vergleich zu den ansa-Metallocenen deutlich reduziert. Die synthetisierten Polyundecenole wurden hinsichtlich ihres Schmelz- und Kristallisationsverhaltens sowie der kristallinen Struktur untersucht und der Zusammenhang mit der Taktizität und der Molmasse der Polymere hergestellt. Die Ergebnisse der DSC und WAXS Untersuchungen lassen darauf schließen, dass für ataktische und isotaktische Polyundecenole eine Seitenkettenkristallisation als primäre Form der Kristallisation vorliegt. Aufgrund des hohen Gehalts von Hydroxylgruppen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen wechselwirken, weist Polyundecenol hohe Schmelztemperaturen auf, im Vergleich mit dem unpolaren Poly(1-Undecen). So besitzt isotaktisches und auch ataktisches Polyundecenol bei vergleichbaren Molmassen eine um rund 80 K höhere Schmelztemperatur als Poly(1-Undecen). Die Wechselwirkung der Hydroxylgruppen wurde mittels FTIR-Spektroskopie nachgewiesen und liegt auch im geschmolzenen Zustand der Polymere vor. Anhand der Ergebnisse von WAXS-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Polyundecenol in smektischen Schichten kristallisiert. Der Abstand zwischen den Hauptketten entspricht etwa zwei vollständig gestreckten Seitenketten des Polymers, welche orthogonal zur Hauptkette angeordnet sind. Diese Schicht-Anordnung wurde unabhängig von Molmasse und Taktizität der Polymere nachgewiesen und lässt die Schlussfolgerung zu, dass die Kristallisation isotaktischer Rückgrat-Ketten gegenüber der Seitenketten-Kristallisation unterdrückt ist. Es wurde jedoch beobachtet, dass die Taktizität einen Einfluss auf die Kristallisation hat. Polyundecenole mit isotaktischer Hauptkette weisen bei entsprechend langsamer Kristallisation eine Anordnung der Seitenketten in einer monoklinen Packung auf, was als Hinweis auf eine Kristallisation der Hauptkette interpretiert wird, auch wenn diese im Rahmen der Arbeit nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte. Bei Polyundecenolen mit ataktischer Hauptkette ordnen sich die Seitenketten hingegen in einer hexagonalen Packung an, da die Hauptkette nicht in der Lage ist zu kristallisieren. Von besonderer Bedeutung für die Synthese der Polyundecenole waren einerseits die erzielbaren Polymerausbeuten, andererseits aber auch die Einführung geeigneter Endgruppen, welche ausschlaggebend sind für eine Nutzung als Makromonomer. Die Untersuchungen zum Polymerisationsverhalten verschiedener Metallocen-Katalysatoren zeigten, dass im Falle von ansa-Metallocenen sowie einem "CGC"-Komplex Polymere erhalten werden, die vor allem Endgruppen mit internen Doppelbindungen, doppelt- und dreifachsubstituiert, aufweisen. Solche Endgruppen sind jedoch für einen späteren Einsatz der Polymere als Makromonomer ungeeignet. Der Einsatz von unverbrückten Metallocen-Katalysatoren auf Basis der Biscyclopentadienyl-Struktur ermöglicht hingegen die Synthese von Polyundecenol mit einem hohen Anteil endständiger Vinyliden-Endgruppen zu synthetisieren. Die so erreichten Vinyliden-Endgruppenanteile bewegten sich nahezu unabhängig vom Katalysator im Bereich von etwa 85 % bis 90 %. Ein wesentliches Ergebnis der Arbeit stellt die Synthese von Polyundecenol mit Allyl-Endgruppen dar. Dieses wurde durch gezielte Kettenabbruchreaktionen mit Hilfe von Vinylchlorid erreicht. Bei Einsatz des Katalysator MBI konnten Anteile der favorisierten Allyl-Endgruppe von rund 90 % erreicht werden. Somit wurden auf diesem Wege erstmalig erfolgreich Polyundecenol-Makromonomere synthetisiert. Ein Einsatz dieser Polymere in der Copolymerisation mit Propen wurde aber durch geringe Ausbeuten verhindert. Jedoch konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von Vinylchlorid die Synthese von Polyundecenol-Makromonomeren ermöglicht.

The low-temperature binding of nitric oxide (NO) in the metal-organic framework MIL-100(Al) has been investigated by pulsed electron nuclear double resonance and hyperfine sublevel correlation spectroscopy. Three NO adsorption species have been identified. Among them, one species has been verified experimentally to bind directly to an 27Al atom and all its relevant 14N and 27Al hyperfine interaction parameters have been determined spectroscopically. Those parameters fit well to the calculated ones of a theoretical cluster model, which was derived by density functional theory (DFT) in the present work and describes the low temperature binding of NO to the regular coordinatively unsaturated Al3+ site of the MIL-100(Al) structure. As a result, the Lewis acidity of that site has been characterized using the NO molecule as an electron paramagnetic resonance active probe. The DFT derived wave function analysis revealed a bent end-on coordination of the NO molecule adsorbed at that site which is almost purely ionic and has a weak binding energy. The calculated flat potential energy surface of this species indicates the ability of the NO molecule to freely rotate at intermediate temperatures while it is still binding to the Al3+ site. For the other two NO adsorption species, no structural models could be derived, but one of them is indicated to be adsorbed at the organic part of the metal-organic framework. Hyperfine interactions with protons, weakly coupled to the observed NO adsorption species, have also been measured by pulsed electron paramagnetic resonance and found to be consistent with their attribution to protons of the MIL-100(Al) benzenetricarboxylate ligand molecules.

We present the detailed study of the spin kinetics of the nitrogen (N) donor electrons in 6H SiC wafers grown by the Lely method and by the sublimation “sandwich method” (SSM) with a donor concentration of about 10 17cm-3 at T=10–40K. The donor electrons of the N donors substituting quasi-cubic “k1” and “k2” sites (Nk1,k2) in both types of the samples revealed the similar temperature dependence of the spin-lattice relaxation rate (T1 -1), which was described by the direct one-phonon and two-phonon processes induced by the acoustic phonons proportional to T and to T9, respectively. The character of the temperature dependence of the T1 -1 for the donor electrons of N substituting hexagonal (“h”) site (Nh) in both types of 6H SiC samples indicates that the donor electrons relax through the fast-relaxing centers by means of the cross-relaxation process. The observed enhancement of the phase memory relaxation rate (Tm -1) with the temperature increase for the Nh donors in both types of the samples, as well as for the Nk1,k2 donors in Lely grown 6H SiC, was explained by the growth of the free electron concentration with the temperature increase and their exchange scattering at the N donor centers. The observed significant shortening of the phase memory relaxation time Tm for the Nk1,k2 donors in the SSM grown sample with the temperature lowering is caused by hopping motion of the electrons between the occupied and unoccupied states of the N donors at Nh and Nk1,k2 sites. The impact of the N donor pairs, triads, distant donor pairs formed in n-type 6H SiC wafers on the spin relaxation times was discussed.

A straightforward means to include explicit hydrogen bonds within the Universal Force Field (UFF) is presented. Instead of treating hydrogen bonds as non-bonded interaction subjected to electrostatic and Lennard-Jones potentials, we introduce an explicit bond with a negligible bond order, thus maintaining the structural integrity of the H-bonded complexes and avoiding the necessity to assign arbitrary charges to the system. The explicit hydrogen bond changes the coordination number of the acceptor site and the approach is thus most suitable for systems with under-coordinated atoms, such as many metalorganic frameworks; however, it also shows an excellent performance for other systems involving a hydrogen-bonded framework. In particular, it is an excellent means for creating starting structures for molecular dynamics and for investigations employing more sophisticated methods. The approach is validated for the hydrogen bonded complexes in the S22 dataset and then employed for a set of metal-organic frameworks from the Computation-Ready Experimental database and several hydrogen bonded crystals including water ice and clathrates. We show that the direct inclusion of hydrogen bonds reduces the maximum error in predicted cell parameters from 66% to only 14%, and the mean unsigned error is similarly reduced from 14% to only 4%. We posit that with the inclusion of hydrogen bonding, the solvent-mediated breathing of frameworks such as MIL-53 is nowaccessible to rapid UFF calculations, which will further the aim of rapid computational scanning of metal-organic frameworks while providing better starting points for electronic structure calculations.