In dieser Arbeit wird beschrieben, wie sich die in situ-IR-Spektroskopie zur Charakterisierung von CVD-Prozessen einsetzen läßt. Es werden Modellreaktoren vorgestellt, deren Konstruktion an die spektroskopische Verfolgung thermisch aktivierter Gasphasenreaktionen angepaßt ist. Ausgehend von Referenzmessungen, mit deren Hilfe Möglichkeiten und Grenzen der FT-IR-Spektroskopie in Bezug auf die CVD-Prozeßanalytik aufgezeigt werden, können auftretende Species im untersuchten System sicher bestimmt werden. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Untersuchung der Gasphase bei der Thermolyse von Methyltrichlorsilan in Abhängigkeit von den Prozeßparametern Temperatur und Eduktgaszusammensetzung. Die gefundenen Korrelationen werden durch Thermolysen einzelner, nachgewiesener Verbindungen bestätigt. Eine weitere Absicherung der Ergebnisse erfolgt durch Isotopenmarkierung mit Deuterium. Untersuchungen zur Schichtbildung ergänzen die Gasphasenanalytik. Auf Grundlage der nachgewiesenen stabilen und instabilen Species und deren Abhängigkeit von den Prozeßparametern wird ein Mechanismus vorgeschlagen und diskutiert, der die Thermolyse von Methyltrichlorsilan zur Abscheidung von Siliciumcarbid vollständig beschreibt.

Die heterobimetallischen Pi-Pinzetten können erfolgreich als Grundbaustein für die Darstellung von mehrkernigen Übergangsmetallkomplexen, in denen die Metallzentren M(I) (M = Cu, Ag) über unterschiedliche stickstoffhaltige organische sigma-Donor-Liganden verbrückt sind, verwendet werden. In Abhängigkeit von der Natur der korrespondierenden organometallischen Pi-Pinzetten und der organischen Brückeneinheiten konnten verschiedene mehrkernige Übergangsmetallkomplexe synthetisiert werden. Diese Komplexe wurden mittels IR, 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie sowie MS charakterisiert. Die Festkörperstrukturen ausgewählter Komplexe konnten durch Einkristall-Röntgenstrukturanalyse erhalten werden. Die Wechselwirkungen der Kupfer(I)- sowie Silber(I)-Ionen, über die koordinativ gebundenen stickstoffhaltigen. Stichworte: Organometallischen À-Pinzetten; Bis(alkinyl)titanocene; Titanium; À- Konjugierte; Mehrkernigen; Kupfer(I), Silber(I).

Investigation of polymer-modified particles by means of solvatochromic probes concerning the polarity at the surface. Variation the concentration of the polymer-solution, molecular weight and degree of functionalization. Comparison of polarity parameters for sized glass fibers, obtained by inverse gas chromatography and solvatochromism. / Untersuchung polymermodifizierter Partikeloberflächen mittels solvatochromer Sonden bzgl. der Polarität an der Oberfläche. Variation der Konzentration der Polymerlösung, Molmasse der Polymere und Funktionalisierungsgrad. Vergleich der Polaritätswerte von geschlichteten Glasfasern, ermittelt aus IGC- und Solvatochromie-Messungen.

This dissertation describes a new electrochemical synthesis of novel composite materials based on montmorillonite (MMT) clay and intrinsically conducting polyaniline (PANI). PANI was successfully incorporated into MMT galleries to form PANI−MMT nanocomposites. Electropolymerization of anilinium ions which are intercalated inside the clay layers have been carried out at a constant applied potential. The synthetic conditions have been optimized taking into account the effect of concentration of aniline, magnetic stirring and potential cycling. The resulting organic-inorganic hybrid material, PANI-MMT has been characterized by various physicochemical techniques. Results of elemental analysis show that nanocomposite contains only 10 % of conducting PANI. Formation of PANI inside the clay tactoid has been confirmed by the expansion of inter layer distance of MMT as revealed by X-ray diffraction studies. Relatively lower interlayer expansion for PANI-MMT than that of anilinium-MMT indicates the higher stereoregularity in PANI-MMT which has strong influence on electrical properties of nanocomposites. Infrared spectroscopy studies reveal the presence of physicochemical interaction, probably hydrogen bonding, between clay and polyaniline. Cyclic voltammetry studies indicate that presence of electroinactive clay does not influence the electrochemical activity of PANI. Electrochromic behaviour of PANI-MMT nanocomposites have been studied using in situ UV-Vis spectroscopy which reveals that electrochromism of PANI in the composite material has been retained. One of the main technological applications of conducting polymers, particularly PANI, is in the area of corrosion protection of active metals. PANI-MMT nanocomposites synthesized using the present method and a chemically synthesized PANI which is soluble in organic solvents have been used to protect C45 steel surface against corrosion. Corrosion studies have been performed using electrochemical impedance measurements(EIM)and anodic polarization studies. Electrochemical impedance data has been analyzed using a suitable equivalent circuit. Corrosion protection of steel offered by both PANI-MMT and organically soluble PANI is evident form the increase in the value of charge transfer resistance of the coated steel surfaces. Time dependent EIM measurements reveal that charge transfer resistance gradually decreases with time, however, the values are much higher than that of uncoated surfaces. Two capacitive loops, one at higher and another at lower frequencies, observed in the Nyquist plots have been assigned to the electrical properties of coating material (in the present case, PANI-MMT or soluble PANI) and electrochemical process at the interface, respectively. An anodic shift in the corrosion potential, a decrease in the corrosion rate and a significant increase in the polarization resistance indicate a significant anti-corrosion performance of both PANI-MMT nanocomposite and organically soluble PANI deposited on the protected steel surface. / Diese Dissertation beschreibt eine neue elektrochemische Synthese neuartiger Compositmaterialien basierend auf dem Tonmineral Montmorillonite (MMT) und intrinsisch leitfähigem Polyanilin (PANI). Die Elektropolymerisation von Aniliniumionen, welche in die Tonmineralschichten eingebaut sind, wurde bei einem konstanten Potenzial durchgeführt. Das resultierende organisch-anorganische Hybridmaterial PANI-MMT wurde mit verschiedenen physikochemischen Methoden charakterisiert. Die Ergebnisse der Elementaranalyse zeigen, dass nur 10 % des Nanocompositmaterials aus leitfähigem PANI bestehen. Die Vergrößerung des Zwischenschichtabstandes von MMT, die bei Röntgendiffraktometrieuntersuchungen beobachtet wurde, lässt auf die Bildung von PANI innerhalb der Tonmineral-Taktoide schließen. IR-spektroskopische Untersuchungen deuten auf das Vorhandensein von Wechselwirkungen physikochemischer Art, wahrscheinlich Wasserstoffbindungen zwischen dem Tonmineral und Polyanilin, hin. Untersuchungen mit zyklischer Voltammetrie zeigten, dass die Anwesenheit von elektroinaktivem Tonmineral die elektrochemische Aktivität von PANI nicht beeinflusst. Das elektrochrome Verhalten von PANI-MMT Nanocompositen wurde mit UV-Vis-Spektroskopie untersucht, wobei sich herausstellte, dass das elektrochrome Verhalten vom PANI im Compositmaterial erhalten bleibt. Eines der technologischen Hauptanwendungsgebiete von leitfähigen Polymeren, insbesondere von PANI, ist der Korrosionsschutz von aktiven Metallen. PANI-MMT Nanocomposite die mit der angegebenen Methode (elektrochemisch) synthetisiert wurden und chemisch synthetisiertes in organischen Medien lösliches PANI wurden zum Korrosionsschutz von C45 Stahl eingesetzt. Die Korrosionsuntersuchungen wurden mit Hilfe von elektrochemischen Impedanzmessungen (EIM) und anodischen Polarisationsuntersuchungen durchgeführt. Der von PANI-MMT und von in organischen Medien löslichem PANI gebotene Korrosionsschutz ist wahrscheinlich auf die Zunahme des Ladungsdurchtritts widerstandes der beschichteten Stahloberfläche zurückzuführen. Die anodische Verschiebung des Korrosionspotenzials, eine Verringerung der Korrosions-geschwindigkeit und eine deutliche Zunahme des Polarisationswiderstandes sind eindeutige Hinweise für das Antikorrosionsvermögen von PANI-MMT und auch von in organischen Medien löslichem PANI, welche auf der zu schützenden Stahloberfläche abgeschieden wurden.

Es wurden Versuche zur Verbesserung der pH–Wert-Abhängigkeit der elektrochemischen Aktivität von Polyanilin (PANI) durch elektrochemische Copolymerisation von Anilin (ANI) mit o-Aminophenol (OAP), einem Anilinderivat mit zwei oxidierbaren Gruppen (Amino- und Hydroxylgruppe), durchgeführt. Diese Eigenschaft ist für die Anwendung in Sensoren, Biosensoren, Biokraftstoffzellen und Akkus erstrebenswert. Die Copolymerisation wurde mit verschiedenen Konzentrationen von OAP und einer konstanten Konzentration von AN in wässriger Schwefelsäurelösung durchgeführt. Die Überwachung der Copolymerisation erfolgte mit Hilfe zyklischer Voltammetrie (CV) und in situ UV-Vis Spektroskopie wurde die verfolgt. Homo- und Copolymere wurden mittels CV, in situ Leitfähigkeitsmessungen, FTIR-Spektroskopie, in situ UV-Vis und Raman-spektroelektrochemischen Untersuchungen charakterisiert. Die Copolymerisationsrate und die Eigenschaften der Copolymere hängen in hohem Maße von der Monomerkonzentration ab. Bei hohen OAP–Molarbrüchen wurde eine starke Hemmung der Elektropolymerisation beobachtet. Die unter optimalen Bedingungen hergestellten CVs der Copolymere zeigen eine Verschiebung des ersten Redoxpaares um 0,10 V in positive Richtung. Der Reduktionspeak des ersten PANI-Redoxpaares ist durch ein Stromplateau zwischen 0,06 und 0,28 V ersetzt. Die Copolymere weisen eine gute Haftung auf der Elektrodenoberfläche auf und zeigen Redoxprozesse bis pH = 10,0 (Copolymere A und B). Wie bei PANI wurden bei den in situ Leitfähigkeitsmessungen der Copolymere zwei Umwandlungen beobachtet. Im Vergleich dazu waren die Leitfähig keiten jedoch um 2,5 bis 3,0 Größenordnungen geringer. Nach der Initiationsreaktion zeigte die Elektrosynthese von PANI auf POAP–modifizierten Elektroden eine Copolymerbildu ng und schließlich die Bildung eines PANI–Films an der Grenzfläche Copolymer/Lösung. Der “Memoryeffekt“ der Doppelschichtstrukturen beider Polymere wird in Bezug auf die während der Redoxprozesse stattfindenden Protonierung/Deprotonierung und Anionenver brauch diskutiert. In situ UV-Vis spektroelektrochemische Studien der Copolymerisation von OAP mit ANI bei konstanten Potentialen auf Indiumzinnoxid (ITO) beschichteten Glaselektroden zeigten die Bildung eines Zwischenproduktes bei der Initialisierung der Copolymerisation durch eine Reaktion der OAP–Kationenradikale mit denen des ANI. Es bilden sich Kopf-Schwanz-Dimere oder Oligomere. Im UV-Vis Spektrum wurde dem Zwischenprodukt ein Adsorptionspeak bei 520 nm zugeschri- eben. Weiterhin wurden charakteristische UV-Vis und Raman-Banden der Copolymere auf ITO–Glas - und Goldelektroden identifiziert und deren Einfluss auf das Elektrodenpotenzial erörtert. Die spektroelektrochemischen Ergebnisse zeigen die Bildung von auf PANI basierenden Copolymeren bei geringen OAP–Konzentrationen. Der vermehrte Einbau von OAP–Einheiten in das Copolymer bei höheren OAP–Konzentrationen führte jedoch zu signifikanten spektroelektrochemischen Unterschieden im Vergleich zu den beiden Homopolymeren, was auch die FTIR-Spektren unterstreichen. Die CVs der POAP–Filme, die potentiostatisch bei relativ niedrigen Elektrodenpotentialen (ESCE = 0,70…0,80 V) synthetisiert wurden, zeigen zwei Redoxprozesse, im Gegensatz zu den in der Literatur veröffentlichten Werten über potenziodynamisch hergestelltes POAP (ESCE = 0,29 V). Das Polymer wurde mittels in situ UV-Vis und in situ Raman Spektroelektrochemie untersucht. Unter Verwendung eines Kr+-Lasers (647.1 nm) wird das um 1645 cm-1 beobachtete Raman-Band diskutiert. Die Intensität dieses Bandes wächst in positive Potentialrichtung bis zu einem Maximum von ESCE = 0,30 V. Danach fällt es wieder ab, was auf das Vorhandensein von Zwischenprodukten schließen lässt.

Es wurden Versuche zur Verbesserung der pH–Wert-Abhängigkeit der elektrochemischen Aktivität von Polyanilin (PANI) durch elektrochemische Copolymerisation von Anilin (ANI) mit o-Aminophenol (OAP), einem Anilinderivat mit zwei oxidierbaren Gruppen (Amino- und Hydroxylgruppe), durchgeführt. Diese Eigenschaft ist für die Anwendung in Sensoren, Biosensoren, Biokraftstoffzellen und Akkus erstrebenswert. Die Copolymerisation wurde mit verschiedenen Konzentrationen von OAP und einer konstanten Konzentration von AN in wässriger Schwefelsäurelösung durchgeführt. Die Überwachung der Copolymerisation erfolgte mit Hilfe zyklischer Voltammetrie (CV) und in situ UV-Vis Spektroskopie wurde die verfolgt. Homo- und Copolymere wurden mittels CV, in situ Leitfähigkeitsmessungen, FTIR-Spektroskopie, in situ UV-Vis und Raman-spektroelektrochemischen Untersuchungen charakterisiert. Die Copolymerisationsrate und die Eigenschaften der Copolymere hängen in hohem Maße von der Monomerkonzentration ab. Bei hohen OAP–Molarbrüchen wurde eine starke Hemmung der Elektropolymerisation beobachtet. Die unter optimalen Bedingungen hergestellten CVs der Copolymere zeigen eine Verschiebung des ersten Redoxpaares um 0,10 V in positive Richtung. Der Reduktionspeak des ersten PANI-Redoxpaares ist durch ein Stromplateau zwischen 0,06 und 0,28 V ersetzt. Die Copolymere weisen eine gute Haftung auf der Elektrodenoberfläche auf und zeigen Redoxprozesse bis pH = 10,0 (Copolymere A und B). Wie bei PANI wurden bei den in situ Leitfähigkeitsmessungen der Copolymere zwei Umwandlungen beobachtet. Im Vergleich dazu waren die Leitfähig keiten jedoch um 2,5 bis 3,0 Größenordnungen geringer. Nach der Initiationsreaktion zeigte die Elektrosynthese von PANI auf POAP–modifizierten Elektroden eine Copolymerbildu ng und schließlich die Bildung eines PANI–Films an der Grenzfläche Copolymer/Lösung. Der “Memoryeffekt“ der Doppelschichtstrukturen beider Polymere wird in Bezug auf die während der Redoxprozesse stattfindenden Protonierung/Deprotonierung und Anionenver brauch diskutiert. In situ UV-Vis spektroelektrochemische Studien der Copolymerisation von OAP mit ANI bei konstanten Potentialen auf Indiumzinnoxid (ITO) beschichteten Glaselektroden zeigten die Bildung eines Zwischenproduktes bei der Initialisierung der Copolymerisation durch eine Reaktion der OAP–Kationenradikale mit denen des ANI. Es bilden sich Kopf-Schwanz-Dimere oder Oligomere. Im UV-Vis Spektrum wurde dem Zwischenprodukt ein Adsorptionspeak bei 520 nm zugeschri- eben. Weiterhin wurden charakteristische UV-Vis und Raman-Banden der Copolymere auf ITO–Glas - und Goldelektroden identifiziert und deren Einfluss auf das Elektrodenpotenzial erörtert. Die spektroelektrochemischen Ergebnisse zeigen die Bildung von auf PANI basierenden Copolymeren bei geringen OAP–Konzentrationen. Der vermehrte Einbau von OAP–Einheiten in das Copolymer bei höheren OAP–Konzentrationen führte jedoch zu signifikanten spektroelektrochemischen Unterschieden im Vergleich zu den beiden Homopolymeren, was auch die FTIR-Spektren unterstreichen. Die CVs der POAP–Filme, die potentiostatisch bei relativ niedrigen Elektrodenpotentialen (ESCE = 0,70…0,80 V) synthetisiert wurden, zeigen zwei Redoxprozesse, im Gegensatz zu den in der Literatur veröffentlichten Werten über potenziodynamisch hergestelltes POAP (ESCE = 0,29 V). Das Polymer wurde mittels in situ UV-Vis und in situ Raman Spektroelektrochemie untersucht. Unter Verwendung eines Kr+-Lasers (647.1 nm) wird das um 1645 cm-1 beobachtete Raman-Band diskutiert. Die Intensität dieses Bandes wächst in positive Potentialrichtung bis zu einem Maximum von ESCE = 0,30 V. Danach fällt es wieder ab, was auf das Vorhandensein von Zwischenprodukten schließen lässt.

Die nucleophile aromatische Substitution von ausgewählten aktivierten Fluoraromaten mit Polyvinylaminen wurde in Wasser untersucht, um neue chromophore wasserlösliche Polyelektrolyte zu synthetisieren. Die Löslichkeit der nitrogruppentragenden Fluorverbindungen in Wasser wurde durch Komplexierung mittels 2,6-O-Dimethyl-beta-Cyclodextrin vermittelt. Die chromophoren Einheiten von funktionalisierten Polyvinylaminen weisen interessante optische Eigenschaften sowohl in Abhängigkeit vom pH-Wert als auch von der Natur des Lösungsmittels (Solvatochromie) auf. Ein direkter Zusammenhang zwischen der Struktur und der Reaktivität des jeweils eingesetzten Fluoraromaten bei der Substitutionsreaktion mit Polyvinylamin wurde durch die Bestimmung des Substitutionsgrades chromophorer Einheiten und durch kinetische Untersuchungen mit Hilfe der UV/vis-Spektroskopie nachweisbar. Weiterhin wurde die nucleophile aromatische Substitution von aktivierten Fluoraromaten mit Polyvinylaminen an der Grenzfläche Kieselgel/Wasser untersucht, um neue chromophore Hybridmaterialien zu erhalten.

In der vorliegenden Arbeit wird die Darstellung einer Vielzahl neuer, hochreaktiver Brückenkopf-Azirine dokumentiert. Diese können ausschließlich photochemisch aus den entsprechenden, zum Teil ebenfalls unbekannten carbocyclischen Vinylaziden erzeugt werden. Für eine direkte Beobachtung der hochgespannten und instabilen Azirine ist die Photolyse in Lösung bei tiefer Temperatur (bevorzugt –50°C) nötig. Besonders kurzlebige Azirine werden über Folge- oder Abfangreaktionen nachgewiesen. Dabei handelt es sich um die Diels-Alder-Reaktion mit Cyclopentadien oder die Addition von Blausäure – beides Umsetzungen, welche nur Aufgrund der erhöhten Reaktivität durch die gesteigerte Ringspannung in den Brückenkopf-Azirinen ablaufen. Erstmals werden gezielt Verbindungen synthetisiert, bei denen der das Azirin überbrückende Ring nicht alicyclisch, sondern hetero- und/oder polycyclisch, aber auch ungesättigt ist, bzw. aromatische Struktureinheiten enthält. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit bildet die Untersuchung des Einflusses von Seitenketten auf die Stabilität der Azirine. So kann gezeigt werden, dass ein voluminöser Substituent in der Brückenkopfposition eine deutliche Stabilisierung der Azirine bewirkt.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit ist der Einsatz von katalytisch beschichteten Wandreaktoren für die Herstellung großtonnagiger Produkte in der chemischen Industrie untersucht worden. Gegenstand der Bewertung waren die Propenoxidbildung aus Propen und Wasserstoffperoxid in der Gasphase sowie die Vinylacetatbildung aus Essigsäure und Ethen in Gegenwart von Sauerstoff. Hierzu wurden Diffusionskoeffizienten für die Diffusion der Gaskomponenten durch präparierte Katalysatorschichten untersucht und mit ermittelten Reaktionsgeschwindigkeiten Stofftransportlimitierungen für die Reaktionen abgeschätzt. Auch Wärmetransportlimitierungen wurden durch Ermittlung von Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Schichten bestimmt. Ein Vergleich mit einem Rohrbündelreaktor ergab eine Vergleichbarkeit des Katalysatorvolumens bezogen auf das Reaktorvolumen für Schichtdicken in einer Größenordnung von 500 µm. Diese Schichtdicken liegen für mittelschnelle Reaktionen außerhalb der Stofftransportlimitierung und ermöglichen damit den Einsatz von Wandreaktoren mit deutlich limitierter Temperaturüberhöhung im Katalysator. Der Einsatz wird allerdings durch Schwierigkeiten hinsichtlich der Katalysatoreinbringung und der Wiedergewinnung sowie der Erhöhung der Katalysatormenge im Reaktor begrenzt.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese von Phosphan-Kupfer(I)- und Silber(I)-Thiocarboxylaten der Art [(nBu3P)mMSC(O)R] (m = 2, 3; M = Cu, Ag; R = Me, Ph). Die Verbindungen wurden in Hinsicht auf ihr Potential zur thermischen Abscheidung dünner Schichten untersucht. Weiterhin befasst sich diese Arbeit mit der Darstellung von Silber(I)- und Kupfer(I)-Carboxylaten, die im organischen Rest mindestens eine zusätzliche Donorfunktion besitzen ([(nBu3P)mMO2CR]; m = 1, 2; M = Ag, Cu; R = ungesättigter organischer Rest, CH2O(CH2)2OCH3). Das thermische Verhalten und die Anwendbarkeit dieser Komplexe zur Abscheidung dünner Metallschichten mittels CVD-Verfahren wurden untersucht. Das Verhalten von Phosphan-Silber und -Kupfer-Verbindungen in Lösung wurde mittels dynamischer NMR-Spektroskopie untersucht. Dazu wurden phosphankoordinierte Silber(I)- und Kupfer(I)-Acetate als Modellsystem benutzt und mit einem ausgewählten Vertreter der ungesättigten Carboxylate verglichen.