Zinc electrodeposition is currently a hot topic because of its widespread use in rechargeable zinc-air batteries. However, Zn deposition has received little attention in organic solvents with much higher ionic conductivity and current efficiency. In this study, a Zn-betaine complex is synthesized by using ZnO and betainium bis[(trifluoromethyl)sulfonyl]imide and its electrochemical behavior for six organic solvents and electrodeposited morphology are studied. Acetonitrile allowed dendrite-free Zn electrodeposition at room temperature with current efficiencies of up to 86%. From acetonitrile solutions in which Zn, Pb, and Cu complexes are dissolved in high concentrations, Zn and Pb/Cu are efficiently separated electrolytically under potentiostatic control, allowing the purification of solutions prepared directly from natural ores. Additionally, a highly flexible Zn anode with excellent kinetics is obtained by using a carbon fabric substrate. A rechargeable zinc-air battery with these electrodes shows an open-circuit voltage of 1.63 V, is stable for at least 75 cycles at 0.5 mAcm⁻² or 33 cycles at 20 mAcm⁻², and allows intermediate cycling at 100 mAcm⁻².

In dieser Dissertation haben wir das Verhalten menschlicher Zellen in Raum und Zeit untersucht. Hochwertige Datensätze subzellulärer Regionen in HEK293-Zellen wurden mit Hilfe der BirA* Proximity-Labelling-Aktivität erstellt, wobei die Lokalisierung auf zelluläre Regionen beschränkt wurde, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu reinigen sind (d. h. die dem Zytosol zugewandten Seiten des ER, Mitochondrien und Plasma-membranen). Wir entwickelten daraufhin einen Ansatz zur Kartierung der Verteilung von Proteinen, die aktiv an RNA binden, und nannten ihn f-XRNAX. Wir stellten hintergrundkorrigierte Proteome für Zellkerne, Zytoplasma und Membranen von HEK293-Zellen her. Überraschenderweise wurden viele nicht-kanonische RBPs in der Membranfraktion identifiziert, und ihre Peptidprofile waren in Regionen mit hoher Dichte an intrinsisch ungeordneten Regionen angereichert, was auf eine möglicherweise schwache, durch diese nicht-strukturellen Motive vermittelte Interaktion mit RNA hinweist. Schließlich konnten wir die unterschiedliche Bindung desselben Proteins an RNA in verschiedenen HEK293-Kompartimenten nachweisen. Im zweiten Teil dieser Arbeit konzentrierten wir uns auf die Bestimmung und Quantifizierung von neu transkribierten RNAs auf Einzelzellebene. Die Kinetik der RNA-Transkription und -Degradation war bis vor kurzem auf Einzelzellebene nicht messbar. Daher haben wir einen neuen Ansatz (SLAM-Drop-seq genannt) entwickelt, indem wir die veröffentlichte SLAM-seq-Methode an Einzelzellen angepasst haben. Wir haben SLAM-Drop-seq verwendet, um die zeitabhängigen RNA-Kinetikraten der Transkription und des Umsatzes für Hunderte von oszillierenden Transkripten während des Zellzyklus von HEK293-Zellen zu schätzen. Wir fanden heraus, dass Gene ihre Expression mit unterschiedlichen Strategien regulieren und spezifische Modi zur Feinabstimmung ihrer kinetischen Raten entlang des Zellzyklus haben. / In this PhD dissertation we investigated the behaviour of human cells through space and time. High quality datasets of subcellular regions in HEK293 cells were generated using BirA* proximity labelling activity and restricting its localization at cellular regions difficult to purified with traditional methods (i.e., the cytosol-facing sides of the endoplasmic reticulum, mitochondria, and plasma membranes). We then developed an approach to map the distribution of proteins actively binding to RNA, and named it f-XRNAX. We recovered background-corrected proteomes for nuclei, cytoplasm and membranes of HEK293 cells. Surprisingly, many non-canonical RBPs were identified in the membrane fraction, and their peptide profiles were enriched in regions with high density of intrinsically disordered regions, indicating a possibly weak interaction with RNA mediated by these non-structural motives. Lastly, we provided evidence of the differential binding to RNA of the same protein in different HEK293 compartments. In the second part of this thesis, we focused on the determination and quantification of newly transcribed RNAs at the single-cell level. The kinetics of RNA transcription, processing and degradation were until recently not measurable at the single-cell level. Thus, we have developed a novel approach (called SLAM-Drop-seq ) by adapting the published SLAM-seq method to single cells. We used SLAM Drop-seq to estimate time-dependent RNA kinetics rates of transcription and turnover for hundreds of oscillating transcripts during the cell cycle of HEK293 cells. We found that genes regulate their expression with different strategies and have specific modes to fine-tune their kinetic rates along the cell cycle.

Übergangsmetall-Oxo, -Peroxo und -Oxyl-Intermediate gelten als essentielle Zwischenstufen von biochemischen Transformationen, welche die Bildung und Spaltung der Disauerstoff -Bindung involvieren. Biomimetische Untersuchungen der katalytisch aktiven Zentren von Enzymen dienen dem Verständnis der verschiedenen Mechanismen katalytischer Reaktionen in biochemischen Systemen. Weiterhin können ebenjene Studien einzigartige Einblicke in den Einfluss scheinbar geringer Variationen der koordinativen Umgebung in die Produktselektivität, der katalytischen Aktivität und der Mechanismen ablaufender Reaktionen liefern. Die Darstellung und Charakterisiserung dieser kritischen Zwischenstufen ist deshalb ein wertvolles Werkzeug zur Aufklärung und Verständnis mechanistischer Abläufe. Aus den so gewonnen Erkentnissen erwächst das Potential neue und optimierte Katalysatoren unter anderem für die Spaltung und Bildung von Disauerstoff entwickeln zu können. Die in der vorliegenden Dissertation beschriebenen Arbeiten zeigen deutlich den Einfluss scheinbar gerinfügiger Änderungen des Ligandensystems bzw. des Reaktionsmediums auf die Bildung, Stabilisierung und Spaltung der Disauerstoff-Bindung. / Transition metal-oxo, -peroxo, -oxyl intermediates have been proposed as key reactive intermediates in biochemical transformations relevant to dioxygen bond formation and cleavage. Biomimetic studies of relevant enzyme active sites help us to understand the different mechanistic pathways operating in biological systems. Moreover, biomimetic studies also provide us with unique insights into the effect of subtle changes in the coordination environment that can influence the product-selectivity, catalytic efficiency and reaction mechanism. The generation and characterization of these crucial reactive intermediates, therefore, provide a valuable tool for mechanistic understanding and consequently, aid in the development of new and improved catalysts for dioxygen bond formation and cleavage. Therefore, in this thesis, we show how subtle changes in the ligand framework or reaction medium can greatly influence the fate of the dioxygen bond, its formation, stabilization and cleavage.

Biomass is the only renewable carbon source that can compete with fossil energy sources in terms of production of materials, chemicals and fuels. Biomass can be transformed into charcoal, liquid and gas through pyrolysis, i.e. pure thermal decomposition. By changing the pyrolysis conditions either solid, liquid or gaseous fractions can become the main product and pyrolysis is thus a very versatile process. Pyrolysis is also the first step in combustion and gasification, two important thermal processes in our society. The importance of biomass pyrolysis has led to extensive research in this area but due to the complexity of the process there is still no general understanding of how to describe biomass pyrolysis, which is essential in order to optimize thermal processes. The research presented in this thesis thus aims at finding a simple yet accurate way to model the decomposition rate of biomass during pyrolysis. Thermogravimetric analysis, a well known method that is simple to use, was chosen to collect the experimental data used for kinetic evaluation. The reaction kinetics were derived using two different model-free, isoconversional methods, i.e. the non-linear form of the Friedman method and the incremental, integral method ofVyazovkin. By using these two methods and experimental data, complete reactionrate expressions could be derived for commercial cellulose, Norway spruce and seven different samples originating from kraft cooking, the most common process to produce pulp for the paper industry. The derivation of model-free rate expressions have never been performed before for these materials and since the rate expressions are model-free, no assumptions or knowledge about the pyrolysis reactions were required. This is a great advantage compared to the commonly used model-fitting methods that rely on information about these aspects. All therate expressions were successful in predicting mass-loss rates at extrapolated pyrolysis conditions. This is a clear indication of the soundness of the methodologypresented in this thesis. / Biomassa är den enda förnybara kolkällan som kan konkurrera med fossila energikällor när det gäller produktion av material, kemikalier och bränslen. Biomassakan omvandlas till biokol, bioolja och gas med hjälp av pyrolys, dvs termisk nedbrytning. Genom att variera de processförhållanden som råder under pyrolysen kan man få antingen fast, flytande eller gasfasiga ämnen som huvudprodukt, något som gör pyrolys väldigt flexibelt. Utöver detta är pyrolys även betydelsefull vid förbränning och förgasning, två viktiga processer i dagens samhälle. Vikten av biomassapyrolys har resulterat i omfattande forskning inom området men pga biomassas komplexa natur råder det ännu ingen enighet gällande hur biomassapyrolys bör modelleras. Detta försvårar utveckling och optimering av termiska processer matade med biomassa. Forskningen som presenteras i denna avhandling fokuserar således på att finna en enkel men noggrann metod för att beskriva hastigheten med vilken biomassa bryts ned under pyrolys. Termogravimetrisk analys, en vanligt förekommande metod som är enkel att använda, valdes för att samla in experimentell data som kan användas för att undersöka hastigheten för termisk nedbrytning, dvs kinetiken. Två olika metoder som på engelska går under benämningen “model-free” och “isoconversional” har använts, nämligen den icke-linjära formen av Friedmans metod och den stegvisa, integrala metoden som utvecklats av Vyazovkin. Genom att använda dessa två metoder och experimentell data kunde kompletta reaktionshastighetsuttryck tas fram för kommersiell cellulosa, gran och sju olika material framställda genom sulfatprocessen, den idag vanligast förekommande pappersmassaprocessen. Pyrolyskinetiken för dessa material har aldrig tidigare analyserats med dessa två metoder och fördelarna med metoderna gjorde det möjligt att bestämma hastighetsuttryck utan någon kunskap om de pågående reaktionerna. Detta är en viktig fördel jämfört med andra metoder som är beroende av sådan information. Alla framtagna reaktionshatighetsuttryck kunde användas för att framgångsrikt förutsäga minskningen av massa vid extrapolerade pyrolysförhållanden. Detta är en tydlig indikation på att metoden använd i denna avhandling fungerar väl. / <p>QC 20160524</p>

Diese Arbeit gibt neue Einblicke in die kinetischen und mechanistischen Aspekte der konventionellen radikalischen und der Reversible-Addition–Fragmentation-chain-Transfer- (RAFT-)Polymerisation von der Oberfläche von Silica-Nanopartikeln. Die Terminierungskinetik der oberflächeninitiierten Polymerisation von n-Butylmethacrylat (n-BMA) wurde mit Hilfe der Single-pulse–pulsed-laser-Polymerisation (SP–PLP) in Kombination mit der Elektronenspinresonanzspektroskopie (ESR-Spektroskopie) analysiert. Die Polymerisation wurde dabei durch den neu entwickelten oberflächengebundenen Photoinitiator 2,2-Dimethoxy-2-phenyl-1-(2-(2-(trimethoxysilyl)-ethyl)phenyl)-1-on (DMPTS) initiiert. Die erhaltenen Geschwindigkeitskoeffizienten der Terminierung kt, die ausschließlich der Terminierungsreaktion zwischen zwei oberflächengebundenen Radikalen zugeordnet werden konnten, waren signifikant kleiner als die Literaturwerte für das entsprechende homogene Polymerisationssystem. Erstaunlicherweise konnte außerdem keine Kettenlängenabhängigkeit von kt gefunden werden. Dies zusammen mit der Tatsache, dass bei temperaturabhängigen Untersuchungen eine Aktivierungsenergie für kt gefunden wurde, die in exzellenter Übereinstimmung mit der des Propagationsgeschwindigkeitskoeffizienten von n-BMA ist, lässt das Bild einer reaktionsdiffusionskontrollierten Terminierung oberflächengebundener Makroradikale entstehen. Die Entwicklung des oberflächengebundenen Photoinitiators DMPTS erlaubte weiterhin neue Einblicke in die Propagationskinetik – insbesondere deren Temperaturabhängigkeit betreffend – oberflächengebundener Makroradikale. Mittels der PLP von n-BMA in Kombination mit der Größenausschlusschromatographie (engl. size-exclusion chromatography, SEC) wurden Werte für den Geschwindigkeitskoeffizienten der Propagation kp und die entsprechende Aktivierungsenergie ermittelt, die exzellent mit den Daten der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) für die Polymerisation von n-BMA in homogenem Reaktionsmedium übereinstimmen, sodass kein Einfluss der Oberflächenverankerung der Makroradikale auf die Propagationskinetik ersichtlich ist. Weiterhin wurde die Kinetik der RAFT-Polymerisation von n-Butylacrylat (BA) von Oberflächen bei –40 °C mit Hilfe verschiedener ESR-spektroskopischer Methoden für den R- und den Z-Gruppen-Ansatz unter Verwendung oberflächengebundener Trithiocarbonate als RAFT-Agenzien untersucht. Die kinetischen Analysen des R-Gruppen-Ansatzes mittels stationärer ESR-Experimente lieferten Gleichgewichtskonstanten Keq, die um eine Größenordnung kleiner sind als die Literaturwerte für entsprechende homogene Polymerisationssysteme, was darauf hindeutet, dass die Oberflächenverankerung des RAFT-Agens einen signifikanten Einfluss auf die Kinetik der RAFT-Polymerisation hat. Durch die Aufnahme zeitlicher Konzentrationsverläufe der Intermediatspezies und der propagierenden Radikale nach Einzelpulsinitiierung mittels der hochaufgelösten zeitabhängigen ESR-Spektroskopie (SP–PLP–ESR–RAFT) in Kombination mit PREDICI®-Simulationen wurden diese Ergebnisse bestätigt, da eine Abnahme des Geschwindigkeitskoeffizienten der Addition eines Makroradikals an die RAFT-Gruppe mit zunehmender Anzahl beteiligter oberflächengebundener Makromoleküle gefunden wurde. Dieser Befund ist im Einklang mit der Vorstellung, dass die Additionsreaktion bei Beteiligung verankerter Makromoleküle diffusionskontrolliert abläuft, was auf die unterdrückte Translations- und die eingeschränkte Segmentdiffusion oberflächengebundener Polymerketten zurückzuführen ist. Ein noch kleinerer Wert von Keq wurde für den Z-Gruppen-Ansatz gefunden und kann darauf zurückgeführt werden, dass die in Lösung wachsenden Ketten für die Additionsreaktion mit der RAFT-Gruppe, die sich über den gesamten Verlauf der Polymerisation in unmittelbarer Nähe zur Partikeloberfläche befindet, durch die Polymerschicht auf der Oberfläche diffundieren müssen. Die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine Additionsreaktion stattfindet, nimmt mit zunehmender Polymerschichtdicke ab, was durch einen kleineren Wert von Keq bei Verwendung von einem RAFT-Agens, das über die Z-Gruppe verankert war und über eine makromolekulare anstatt einer niedermolekularen R-Gruppe verfügte, gezeigt werden konnte. Die vorgestellten Ergebnisse geben einen umfangreichen Überblick über den Einfluss der Oberflächenverankerung von Komponenten, die am Prozess der radikalischen Polymerisation beteiligt sind, auf die Kinetik der oberflächeninitiierten radikalischen Polymerisation und ebnen den Weg für detaillierte, systematische Untersuchungen der Zusammenhänge zwischen der Kinetik von radikalischen Polymerisationen an Oberflächen und der molekularen Struktur der erhaltenen oberflächengebundenen Polymere.

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Goldnanopartikel werden in der kolloidalen Katalyse als Modellsystem genutzt, um den Einfluss des Partikelgröße, der Partikelform und der Zusammensetzung in bimetallischen Systemen sowie der Ligandensphäre auf die katalytische Reduktion von 4-Nitrophenol zu 4-Aminophenol zu untersuchen. Goldnanopartikel eignen sich vor allem deshalb als Modellsystem, da sie in kurzer Zeit, in hohen Ausbeuten und mit definierten Eigenschaften hergestellt werden können. Es konnte erstmals nachgewiesen werden, dass Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von 13 nm die höchste katalytische Umsetzungsrate bei der Reduktion von 4-Nitrophenolzu 4-Aminophenol besitzen. Im Zuge dieser Arbeit wird dieses Aktivitätsmaximum der Nanopartikel näher untersucht. Dazu werden drei Aspekte vorgestellt: die Abhängigkeit von der Goldnanopartikelform, die Abhängigkeit der Substratgröße und der Einfluss der Ligandensphäre auf die Katalyse. Überraschenderweise ist CTAB als oberflächenaktiver Ligand ein Co-Katalysator bei der Reduktion, während die Anwesenheit von Natriumcitrat die Reaktion verlangsamt. Es wurden Aspekte wie die Konzentration und die Größe der Goldnanopartikel in dem komplexen Wechselspiel der Aktivitäten des Katalysators und Co-Katalysators untersucht. Dies führte zu der beispielgebenden Erkenntnis, dass oberflächenaktive Liganden mit positiver Ladung und Stickstofffunktionen die Katalyse positiv beeinflussen. In einer weiteren Studie wurde der Reaktionsmechanismus der 6-Elektronenreduktion von 4-Nitrophenol zu 4-Aminophenol erforscht. Es konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Reduktion in zwei Teilschritten abläuft. N-Arylhydroxylamin ist als wichtiges Intermediat in der Lösung der Reduktion erstmals nachgewiesen worden. Drei kinetische Regime werden für die Reduktion von 4-Nitrophenol gefunden und geben einen Einblick in die Oberflächenreaktion von Nitroaromaten an Goldnanopartikeln. / Gold nanoparticles as model systems in colloidal catalysis are used to gain insights into the decisive parameters of the catalytic model reduction. Size, shape, composition of bimetallic systems, and ligand sphere are factors influencing the reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol by sodium borohydride in the presence of gold nanoparticles. The increasing interest in gold nanoparticle catalysis is mainly due to their stability, their fast and high yield synthesis as well as their extraordinary diversity of the modes of preparation. This thesis is assigned to unravel the important parameters of gold nanoparticle catalysis. In the first part of the thesis, CTAB-stabilized gold nanoparticles were synthesized by applying the seeding-growth approach in order to gain information about the size dependence of the catalytic reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol with sodium borohydride. Unexpectedly, CTAB-stabilized gold nanoparticles with a diameter of 13nm were most efficient in this complex system. In this context, molecular aspects such as shape, size of the substrate and ligand sphere were discussed as possible reasons for the enhanced activity for medium sized gold nanoparticles. Here, it was shown for the first time that the ligand sphere plays a crucial role in colloidal catalysis. Micellar catalysis with colloidal gold nanoparticles was performed by means of ligand exchange procedures. In addition, this thesis shows for the first time that intermediates can be unambiguously identified in the reaction solution with colloidal gold nanoparticles as catalysts. 4-N-hydroxylaminophenol was found to be the key intermediate in this system. In this context, three kinetic regimes which were crucial for the aromatic nitro reduction are found to cover the reaction kinetics. Thus, this thesis provides new insight into the catalytic process itself and leads to a better understanding of the catalytic activity of gold nanoparticles.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Thermodynamik und Kinetik der Proteinadsorption auf neutralen sowie geladenen, kolloidalen Kern-Schale-Mikrogelen untersucht. Die weiche polymere Schicht der Schale reagiert mit großen Volumenänderungen auf Änderungen der Umgebungstemperatur, des pH-Wertes oder der Salzkonzentration. Untersuchungen mit Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FT-IR) zeigten, dass generell die native Sekundärstruktur der verwendeten Proteine, die auf den Mikrogelen adsorbiert wurden, erhalten blieb. Im Gegensatz zur Proteinadsorption auf festen Oberflächen wurde zudem eine hohe katalytische Aktivität der Enzyme nach der Immobilisierung verzeichnet, die gegenüber derjenigen der freien Enzyme in manchen Fällen sogar erhöht war. Mithilfe der isothermalen Titrationskalorimetrie (ITC) und FT-IR Spektroskopie wurden als treibende Kräfte des Adsorptionsprozesses elektrostatische und hydrophobe Wechselwirkungen identifiziert. Weitere Untersuchungen zeigten, dass im Falle von geladenen Mikrogelen das elektrostatische Potential wie auch der abgesenkte lokale pH-Wert innerhalb des Netzwerks eine Änderung des Ladungszustands der adsorbierenden Proteine zur Folge hat. Zusätzlich konnte mithilfe der Fluoreszenzspektroskopie und der Verwendung Fluoreszenz-markierter Proteine die kinetische Aufnahme in die Mikrogele als auch die Reversibilität der Reaktion analysiert werden. Es wurde dabei ein dynamischer Austausch zwischen gebundenen und freien Proteinmolekülen nachgewiesen, welcher die Verwendung von Gleichgewichtsmodellen für die Beschreibung der Proteinadsorption rechtfertigt. Außerdem erfolgt der Vorgang in zwei Schritten: i) ein schneller diffusionslimitierter Schritt, in dem der Hauptteil der gesamten Proteinmenge bindet und ii) ein anschließender wesentlich langsamerer Bindungsvorgang. Die Adsorptionsexperimente wurden anschließend auf Untersuchungen in binären Proteinmischungen ausgedehnt, um die kompetitive Proteinadsorption zu studieren. / In the present work the thermodynamics and the kinetic mechanism of protein adsorption to charged and uncharged core-shell microgels of colloidal dimension were explored. The soft polymeric layer of the shell is sensitive towards changes of the temperature, pH value, and salt concentration of the solution which results in a drastic volume change upon change of one of these triggers. Studies with Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy showed, that the secondary structure of the proteins used was significantly retained after immobilisation regardless of the charge state of the microgels employed. Moreover, unlike protein adsorption onto solid surfaces immobilisation into the networks did not compromise the catalytic activity of the proteins. Actually, an enhanced activity was found for some cases. The thermodynamic analysis performed by isothermal titration calorimetry (ITC) and structural investigations by FT-IR spectroscopy experiments led to the identification of the electrostatic and hydrophobic interactions as the main driving forces of protein adsorption. Further studies showed that proteins bound to negatively charged gel networks regulate their charge according to the electrostatic potential and to the lowered local pH value around the hydrogels. Fluorescence spectroscopy experiments with fluorescent-tagged proteins were suitable to analyse the kinetic uptake of the proteins into the gel networks as well as the reversibility of binding. It was demonstrated that bound proteins are dynamically exchanged by proteins in solution which justifies the application of equilibrium binding models to quantify the adsorption data. Moreover, the adsorption of proteins proceeds in two steps: i) a fast, diffusion-limited binding regime in which the majority of proteins is bound and ii) a second slow binding regime. The adsorption experiments were extended to binary protein mixtures in order to study competitive protein adsorption.

In dieser Arbeit wurden Gold- und PlatinNanopartikel in sphärischen Polyelektolyt-Bürsten (SPB) synthetisiert. Diese wurden zu mechanistischen Untersuchungen der p-Nitrophenol-Reduktion mittels Natriumborhydrid herangezogen. Dabei konnte der Mechanismus der Reaktion auf der Oberfläche der Nanopartikel aufgeklärt werden. Die Reaktion folgt einem Langmuir Hinshelwood (LH) Mechanismus. Hierbei adsorbieren beide Edukte auf die Oberfläche, bevor sie im zu p-Aminophenol umgesetzt werden. Nach der Reaktion desorbiert das Reaktionsprodukt. Mittels des LH Modells konnten für verschiedene Temperaturen die intrinsische Geschwindigkeitskonstante, sowie die Adsorptionskonstanten der Edukte bestimmt werden. Mit diesen Daten konnten dann die Enthalpie und Entropie der Adsorption der Edukte und die Aktivierungsenergie berechnet werden. Neben dem Reaktionsmechanismus wurde die Induktionszeit der p-Nitrophenol Reduktion untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass diese Totzeit der Reaktion wahrscheinlich auf eine Restrukturierung der Nanopartikeloberfläche zurückzuführen ist. Sie ist unabhängig von den eingesetzten Konzentrationen des Borhydrids, hingegen abhängig von der Konzentration an p-Nitrophenol auf der Oberfläche der Nanopartikel, was auf Restrukturierung der Nanopartikel durch p-Nitrophenol hindeutet. Zudem wurden Hinweise auf eine spontane Rekonstruktion der Nanopartikel gefunden, die unabhängig von der Konzentration des p-Nitrophenols ist. Des Weiteren wurde die katalytische Oxidation von Morin mit Manganoxid Nanopartikeln untersucht. Diese sind in der Polyelektrolytschale der SPB immobilisiert. Analysen der Reaktionskinetik der Morin Oxidation ergaben, dass auch in diesem Fall der LH Mechanismus vorliegt. Hierbei konnten die Adsorptionskonstanten und Geschwindigkeitskonstanten für verschiedene Temperaturen ermittelt werden und somit die Aktivierungsenergie der Oxidation sowie die Adsorptionsenthalpie und Entropie der Edukte. / In this work, gold and platinum nanoparticles were synthesized into spherical polyelectrolyte brushes (SPB) in order to apply them as catalysts for kinetic studies of the reduction of p-nitrophenol by sodium borohydride. It was found that the reaction follows the Langmuir-Hinshelwood (LH) mechanism where both educts must adsorb onto the surface of the catalyst in order to react. Thereby, the rate determining step is the surface reaction of both educts. After the reaction, the product desorbs from the surface and a free active site is formed. With this model the intrinsic reaction rate and the adsorption constants for both educts could be determined. The measurements at different temperatures allowed the calculation of the activation energy and the adsorption enthalpy and entropy of the educts. Besides the reaction mechanism, the induction time of the reaction was analyzed. Here, it was shown that the reason of this delay time is a restructuring of the nanoparticle surface. The induction time is solely dependent on the concentration of p-nitrophenol on the surface of the nanoparticles and independent of the applied concentrations of borohydride. Moreover, hints for a spontaneous reconstruction of the nanoparticles without p-nitrophenol were found. In the second part, the catalytic oxidation of morin by manganese oxide has been studied. These nanoparticles were embedded inside the polyelectrolyte layer of the SPB. These nanoparticles were used for systematic studies of the oxidation of morin with hydrogen peroxide. It was shown that in this case the reaction followed a LH kinetics as well. Here, the intrinsic rate constants and the adsorption constants could be obtained for different temperatures. The activation energy and the adsorption enthalpy and entropy could be determined accordingly. The adsorption enthalpy is exothermic in both cases.

This thesis addresses the syntheses towards high quality CdSe and CdTe nanoparticles. Therefore, thermodynamic and kinetic aspects of the hot injection method are investigated. By means of the introduction of a thermodynamically less favored nuclei species the nucleation event of CdSe quantum dot synthesis is affected. Utilizing highly reactive tin or lithium silylamides, primarily formed SnSe or Li2Se nuclei undergo a cation exchange to the demanded CdSe particles. The further growth proceeds without the incorporation of the so called quasi-seed species. In this manner, the mechanism of the cation exchange-mediated nucleation is proven and optimized with respect to the required amount of the quasi-seed species. Furthermore, this protocol is applied to up-scaling attempts to reduce the efforts for optimization to a minimum. Following this, a successful laboratory batch up-scaling is achieved by increasing flask size as well as precursor concentrations by factors of 2 and 10, respectively. A further possibility to thermodynamically influence the hot injection synthesis is the activation of the precursor species. By altering the injection pathway, as compared to the standard synthesis, the precursor species are differently coordinated and hence possess different thermodynamic stabilities. Investigations on the system of CdTe quantum dots lead to the result of a cation activation by the use of the thermodynamically less stable carboxylate ligands instead of phosphonates. Additionally, anion activation is suggested due to a kind of aging of the phosphine ligands via their oxidation by phosphonic acids. Furthermore, it is found that the ratio of Cd-to-Te strongly influences the formation of so called magic-sized clusters. Following the results, the smallest detectable species is determined as a cluster species with a size of 1.8 nm. The role of the magic-sized clusters is not fully resolved, but the initial growth is assumed to occur via monomer deposition onto or the fusion of the observed clusters. On the other hand, cluster dissolution is thermodynamically forced by the decreasing monomer concentration and can simply be explained by the process of Ostwald ripening via the creation of a smaller cluster species. Mechanistically this is explained by the formation of configurational deviations from the ideal closed-shell structure. Finally the inorganic coating of the core quantum dots in investigated. Therefore, homoepitaxial coating is employed to overcome the limit in particle size by introducing additional monomer supply. As a result, following the classical crystallization theory, defined injections of precursor material during the diffusion limited growth regime allow a fine tuning of the final particle size. Nevertheless, homoepitaxial coating inevitably leads to photoluminescence quenching, whereas heteroepitaxial growth usually improves the optical quality. By means of a type I structure, CdSe/CdS/ZnS, the successive ion layer adsoption and reaction mechanism is discussed. Furthermore, alloy structures of CdSe/ZnSe with a radially gradated intermediate shell of CdZnSe are achieved by postsynthetic high temperature treatments. This annealing induces internal diffusion processes and allows exactly adjusting the emission wavelength due to defined shrinkage of the initial core size during the alloying process.