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A tutorial review on cellular as well as nanoporous carbides covering their structure, synthesis and potential applications. Especially new carbide materials with a hierarchical pore structure are in focus. As a central theme silicon carbide based materials are picked out, but also titanium, tungsten and boron carbides, as well as carbide-derived carbons, are part of this review. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Formålet: Psykiatriens udvikling er konstant præget af ønsket om effektive behandlings-metoder. Etablering af ACT (Assertive Community Treatment) -er skabt i erkendelse af, at psykiatrien i hospitalerne ikke i tilstrækkelig grad har evnet at helbrede. Med afsæt i de kronisk psykisk syge, vil dette MPH arbejde fokusere på denne gruppes sundhedstilstand, ved at studere arbejdsmetoden ACT. En arbejdsmetode som sundheds-og socialvæsenet i stigende grad accepterer som organisation og funktion til forebyggelse og sundhedsfremme. Der er i de sindslidendes liv brug for en arbejdsmodel, hvor en kompetent hjælper kan støtte den sindslidende i at begribe hverdagen, så der dannes et meningsfuldt grundlag for at håndtere livet. Formålet med studiet er, at få mere viden om, hvordan de danske ACT teams fungerer i en hektisk hverdag. Modellen har i udlandet vist, at have god effekt på reduktion af kompleksitet og sikre en bedre sammenhæng i det psykiatriske arbejde. Studiet er ligeledes en efterprøvning af, om der arbejdes modeltrofast overfor ACT i Danmark. Metode: Studiet belyser ACT interventionen ved hjælp af en struktureret elektronisk spørgeundersøgelse og efterfølgende kvalitativ indholdsanalyse. Efterfølgende fravalg af størstedelen af den indsamlede kvantitative data, grundet lav svarprocent. Resultat: I undersøgelsen deltog 72 respondenter fordelt på 31 respondenter fra Region Hovedstaden (43 %),12 respondenter fra Region Sjælland (17%), 11 respondenter fra Region Syddanmark (15 %), 2 respondenter fra Region Midtjylland (3%) og endelig 16 respondenter fra Region Nordjylland (22%). Antal ACT teams i Danmark er fordelt med 33 teams i Region Hovedstaden, et team i Region Sjælland, otte teams i Region Syddanmark, 11 teams i Region Midtjylland og endelig fire teams i Region Nordjylland. Danske ACT teams arbejder anderledes og med en anden sammensætning / funktion end den oprindelige model fra USA. ACT har vist sin funktionsdygtighed gennem mere end de sidste 10 år i Danmark. ACT teams indtænker salutogenitet i sin arbejdsform og fokuserer på ressourcer og på at forbedre sundhedstilstanden. ACT er opsøgende og assertivt i sin kontakt til klienterne. Konklusion: ACT har med sit indtog i Danmark vist,at tilgodese et behov hos både klienter, den arbejdende psykiatri og samfundet. Psykiatrien skal behandle klienterne, der hvor de er – i deres eget liv. Med tilbud som er tilgængelige, sammenhængende og meningsfulde for den enkeltes vej mod et godt liv uden eller på trods af sygdom. Arbejdsmetoden er effektiv i reduktion af sundhedsfaglig og socialfaglig kompleksitet og teammedlemmerne udtrykker stor arbejdstilfredshed ved metoden. Teammedlemmerne i danske ACT-teams evner at arbejde i teams. Det tværfaglige samarbejde opleves meningsfuldt og håndterbart. ACT arbejdet er attraktivt og kan rekruttere kompetente medlemmer. Kvaliteten af de ydelser som ACT teams leverer, inkluderer forebyggelse, pleje, behandling, rehabilitering samt en øget oplevelse af tilgængelighed, koordination, kontinuitet og reduktion af kompleksitet. De danske ACT teams er ikke modeltro mod ACT –men tilpasset danske forhold og begrænsninger. ACT team har ikke fuldstændig myndighedsfunktion. ACT som model er under udvikling og tillempes mere og mere i en dansk kontekst / Background: Inpsychiatry, development is characterized by a desire for efficient treatment. Establishment of Assertive Community Treatment (ACT) was created in recognition that psychiatric hospitals have not adequately been able to restore health. Based on the chronic mentally ill, this study focused on the Outreach Psychosis Team by studying the working method ACT. Health and social services are increasingly willing to accept ACT as an organized and functional method for prevention and health promotion. Mentally ill people need a working model in which a competent assistant can support the patient in comprehending everyday life and form a meaningful basis for dealing with life. Aim: This study aimed to gain more knowledge about how ACT teams in Denmark operate in a hectic schedule, and determine whether teams adhere to the ACT model. Method: The study highlighted ACT intervention using a structured electronic survey and subsequent qualitative content analysis. However, most of the collected quantitative data was rejected due to a low response rate . Results:The study included 72 respondents, 31 working in Region Hovedstaden, 12 in Region Sjælland 11 in Region Syddanmark, 2 in Region Midtjylland, and 16 in Region Nordjylland. ACT teams in Denmark include 33 teams in Region Hovedstaden, 1 in Region Sjælland, 8 in Region Syddanmark, 11 in Region Midtjylland, and 4 in Region Nordjylland. The teams work differently and with a different composition and function than the original US model, but they have proven their functionality for more than 10 years. ACT includes salutogenesis in its working methods, and focuses on resources and on improving health. Moreover, ACT is proactive and assertive in dealing with clients. Conclusion: Psychiatry must treat clients wherever they are intheir own lives with offers that are available, consistent, and meaningful to each person on his way to a good life without or in spite of illness. ACT in Denmark has shown that it considers the needs of both clients (i.e., working psychiatry and society), and the working method efficiently reduces the complexity of health care and social work. Team members appreciate the working method. Members of Danish ACT teams are capable of working in teams, and they experience interdisciplinary collaboration as meaningful and manageable. Because working in an ACT team is attractive, it is possible to recruit competent members. Services provided by ACT teams include prevention, care, treatment, rehabilitation, an increased sense of accessibility, coordination and continuity, and decreased complexity. The Danish ACT teams do not strictly adhere to the original ACT model, but rather have adapted to Danish conditions and limitations. Abroad, ACT reduces complexity and ensures greater consistency in mental health work. They do not have complete authority. Currently, ACT is being developed and adjusted to a Danish context / <p>ISBN 978-91-982280-3-6</p>

Carbon dioxide emissions to the atmosphere today cause problems around the world. In Sweden, the steel production contributes significantly to carbon dioxide emissions. The steel industry challenge is to improve the metallurgical processes to decrease the carbon dioxide emissions. One way to reduce the emissions is to use renewable carbon sources. The blast furnace process is a counter current reduction process for ironmaking. Raw materials such as iron ore agglomerates, coke and slag formers are charged at the top of the furnace while oxygen-rich blast air and powdered coal are injected in the bottom. The gases produced by combustion rise through the burden on the top of the furnace. The combustion of carbon produces carbon monoxide which is the reducing gas used for the reduction of iron oxides to pig iron. The process is the highest producer of CO2 emissions in Sweden; biomass can partially replace fossil carbon in coal blends for cokemaking, coal powder for coal injection and coke in self-reducing briquettes.  The purpose of this project was to maximize the addition of biomass in coal blends for cokemaking and the addition in briquettes produced for the recovery of iron bearing rest products. The challenge with biomass in cokemaking is its low density and high reactivity which decrease the coke yield and coke strength at the same time that it increases the coke reactivity. The coke quality has to be kept at sufficient quality in order to avoid effects on productivity and process stability in the blast furnace. The addition of biomass in briquettes is limited due to the low density of the biomass which may affect the strength of the briquettes. The effect of the addition of sawdust in coke and briquettes has been studied to understand the effect on reaction behaviour of bio-coal. Heat-treatment of sawdust with high volatile coal was performed in order to achieve a coating of coal on the sawdust surface and get less reactive sawdust. Torrefied sawdust contained 23 wt. % fixed carbon while the pre-treatment of sawdust with high volatile coal increased the content to about 60 wt. %. Pre-treated sawdust was added to coal blend for coke making and briquettes containing iron oxide. The pre-treated sawdust was added to five coal blends for coke production, the contents were 5, 10 and 20 wt. %, and a base blend was used as reference. Coke reactivity, chemical composition and cold compression strength in coke were studied. This work resulted in an improved bulk density; up to 20 wt. % pre-treated sawdust could be added to the coal blend and still keep a bulk density of 800 kg/m3. The coke yields in cokes with pre-treated sawdust were comparable to the coke reference. The temperature at which carbon in coke began to be consumed was slightly higher in coke containing sawdust treated with 50 wt. % high volatile coal. It was estimated that the CO2 emission from fossil coal could be reduced with 8.6 % per ton hot metal (THM) with the addition of 10 wt. % pre-treated sawdust to coal blends for cokemaking. The addition of 20 wt. % pre-treated sawdust could reduce the CO2 emission with 10% per THM. In addition, two different mixes of briquettes were produced, one with torrefied sawdust and one with pre-treated sawdust. The chemical composition and reduction of iron oxides in briquettes was also studied and evaluated. Briquettes with treated sawdust were more compact, i.e. had a higher density than briquettes containing torrefied sawdust. The amount of hematite that could be added to the briquette mixes was 0.107 moles in briquettes with torrefied sawdust and 0.112 moles in briquettes with pre-treated torrefied sawdust. / Koldioxidutsläppet till atmosfären orsakar idag problem runt om i världen. I Sverige bidrar stålproduktionen avsevärt till koldioxidutsläppet. Stålindustrin har som en utmaning att förbättra de metallurgiska processerna för att sänka utsläppet av koldioxid. Ett sätt att sänka koldioxidutsläppen är att minska påverkan genom att använda förnybara kolkällor. Masugnsprocessen är en kontinuerlig reduktionsprocess för råjärnframställning och en av processerna där det används reduktionsmedel från fossila kolkällor. Råmaterial som järnmalm, koks och slaggformare chargeras på toppen av ugnen medan syrgasberikad blästerluft och pulveriserat kol injiceras i botten av ugnen genom masugnens formor. De gaser som produceras vid förbränning stiger upp genom beskickningen upp till ugnens topp. Vid förgasning av kol bildas kolmonoxid som är den reducerande gasen, den möjliggör reduktionen av järnoxider vid framställning av råjärn. Torrefierad biomassa kan delvis ersätta fossilt kol i kolblandningarna för kokstillverkning, i kolinjektionen och i briketter. Syftet med detta projekt var att maximera mängden tillsatt biomassa i kolblandningarna för kokstillverkning och i briketter för återvinning av järnbärande restprodukter. Utmaningen med biomassa i kokstillverkningen är den höga reaktiviteten och den låga densiteten av kol, vilket resulterar i låg koksutbyte när den tillsätts i kolblandningar. Biomassa innehåller också en högt halt flyktiga ämnen vilket resulterar i koks med låg hållfasthet och hög reaktivitet. Kokskvalitén måste behållas för att undvika processvariationer i masugnen. Tillsatsen av biomassa i briketter, är begränsat då biomassa kan påverka briketternas hållfasthet. Effekten av tillsatsen av biomassa i koks och briketter har studerats för att kunna förstå reaktionsbeteendet i dessa när torrefied sågspån och förbehandlat sågspån med hög fluiditetskol har tillsatts till blandningarna. Värmebehandling av torrifierat sågspån med en hög fluiditeteskol gjordes för att uppnå en mindre reaktiv biomassa. Torrifierat sågspån innehöll 22.9 viktsprocent kol, förbehandlingen av sågspån med hög fluiditetskol ökade halten till cirka 60 viktsprocent. Den behandlade sågspånen tillsattes till fem kolblandningar för koksframställning, 5, 10 och 20 viktprocent tillsattes till en bas blandning som användes referens. Koksreaktiviteten, kemisk sammansättning och hållfasthet i koks studerades. Arbetet resulterade i en förbättrad bulkdensitet då upp till 20 viktprocent förbehandlad biomassa kunde tillsättas i kolblandningen och fortfarande behålla en bulkdensitet på 800 kg/m3. Koksutbytet i alla koks med förbehandlat sågspån var jämförbart med koksreferensen. Temperaturen där kemisk kol i koks började förbrukas, var något högre i koks som innehöll sågspån med 50 viktsprocent hög fluiditetskol. Koldioxidutsläppen från fossilt kol per ton råjärn (THM) uppskattades att vara 8,6 % lägre med tillsatsen av 10 viktprocent förbehandlat sågspån i kolblandningar för kokstillverkning. Tillsatsen av 20 viktprocent skulle innebära en minskning på 10 % per ton råjärn. Briketter med två olika blandningar framställdes, en blandning med torrifierat sågspån och en blandning med behandlat sågspån. Briketterna karakteriserades genom att analysera den kemiska sammansättningen och reduktionen av järnoxider i termisk reducerade briketter. Briketter med behandlat sågspån var mer kompakta, d.v.s. hade en högre densitet än briketter som innehöll torrifierad sågspån. Mängden hematit som kunde tillsättas i mixen med torrifierad sågspån var 0.107 mol, medan i mixen med förbehandlat sågspån 0.112 mol kunde tillsättas. / Bio4metals / CAMM

Electric and magnetic fields in the vicinity of strong sources of radiation (e.g. radar and broadcasting) can exceed the limits mentioned in the national standards for the exposition of persons. Field probes are needed to warn personnel if they are going too close to the RF-sources. For acceptance reasons the field probes should be universal in such a way that no user adjustment of frequency is required. The limits for power density, electric and magnetic field strength depend on the frequency. In contrast, field probes covering a large frequency range, e.g. 1 MHz to 18 GHz or even larger, normally have a flat frequency response. Therefore, the person using the field probe has to know the frequency of the electromagnetic field and to evaluate fieldstrength with respect to the frequency dependent limit value defined by law. Human mistakes while making that evaluation can lead to expositions above the limit value. On the other hand, the evaluation of the power density in the presence of multiple strong sources of radiation at different frequencies with different limit values also leads to measurement problems. A new approach has been undertaken to overcome these difficulties in the development of a rectifying field probe. It consists in shaping the antenna factor of the probe inversely proportional to the limit value. The isotropic response of field probes can be achieved, if three dipole antennas are arranged perpendicular to each other. The presence of dielectric supporting material leads to degradation of the isotropic response of such a field probe. The effect will be investigated. For typical substrates the isotropic response is degraded by up to 3.8 dB. An compensation for this effect will be proposed that leads to a residual unisotropic response of less than 0.2 dB.

A tutorial review on cellular as well as nanoporous carbides covering their structure, synthesis and potential applications. Especially new carbide materials with a hierarchical pore structure are in focus. As a central theme silicon carbide based materials are picked out, but also titanium, tungsten and boron carbides, as well as carbide-derived carbons, are part of this review. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Zur stereoselektiven Herstellung von α-Hydroxyketonen aus prochiralen Ketonen stellen die Alkoholdehydrogenasen eine ökologische als auch ökonomische Alternative zu den verfügbaren industriellen Syntheserouten dar. Zurzeit stoßen sowohl die Biokatalyse als auch die organische Katalyse bei der Herstellung von sterisch anspruchsvollen α-Hydroxyketonen an ihre Grenzen. Die Synthese von enantiomerenreinem (R)-Phenylacetylcarbinol [(R)-PAC] und S- Phenylacetylcarbinol [(S)-PAC] aus dem prochiralen α-Diketon Phenylpropan-1,2-dion (PPD) stellt eine anspruchsvolle Synthese sowohl für akademische als auch für industrielle Zwecke dar. Diese chiralen Bausteine dienen als Vorgänger bei der Synthese von (‒)-Ephedrin und (+)-Pseudoephedrin. (‒)-Ephedrin und (+)-Pseudoephedrin werden jährlich in großen Mengen hergestellt, was zunehmend ein ernsthaftes ökologisches Problem darstellt. Aufgrund ihrer Toxizität als auch ihre Persistenz in der Umwelt, beispielsweise in Abwasserkläranlagen, wurden sie kürzlich als neu auftauchende Kontaminanten eingestuft. In dieser Arbeit wurde die Biodegradierung der Isomere von Ephedrin untersucht. Dabei wurde der neue Stamm Arthrobacter sp. TS-15 isoliert, welcher mit Ephedrin als einzige Kohlenstoffquelle wachsen kann. Dieser Stamm wurde bei der DSMZ unter der Nummer (DSM 32400) hinterlegt. Das Genom dieses Stammes wurde sequenziert und unter der Zugangsnummer (SDXQ00000000) in der Genbank verwahrt. Anhand verschiedener phylogenetischer Untersuchungen wurde TS-15 als eine Subspezies von Arthrobacter aurescens eingeordnet. Des Weiteren wurde der Einfluss der Isomerie von Ephedrin auf dessen Biodegradierung sowie auf die Wachstumsrate von TS-15 untersucht. Es wurde festgestellt, dass das Isomer (‒)-Pseudoephedrin am langsamsten abgebaut wird und dementsprechend einen negativen Einfluss auf das Kulturwachstum hat. Hingegen zeigte sein Enantiomer (+)-Pseudoephedrin die schnellste Biodegradierung mit einem positiven Effekt auf das Wachstum von TS-15. Anhand der Analyse der Metabolite im Kultivierungsmedium als auch aus den Zellextrakten von TS-15 wurde ein neuer katabolischer einleitender Schritt detektiert, in dem das Ephedrin zu Methcathinon VII oxidiert wird. Zur Bestimmung der oxidierenden Enzyme wurden Proteinanreicherungsverfahren eingesetzt. Mittels Peptidmassenfingerprints wurden 51 Proteinhits ermittelt. Nach einer kombinierten Analyse mittels der Proteinhits und des rationalen Genomminings wurde ein neues Gencluster zum Abbau von Ephedrin identifiziert. Zwei postulierte Dehydrogenasen wurden aus dem Genom isoliert, kloniert und in dem E. coli T7 SHuffle Stamm heterolog exprimiert. Dadurch wurden neue enantiokomplementäre Enzyme entdeckt. Die Pseudoephedrin Dehydrogenase (PseDH) ist enantiospezifisch für (+)-S,(N)-(Pseudo-)-Ephedrin, während die Ephedrin Dehydrogenase (EDH) nur die enantiospezifische Oxidation von (‒)-R,(N)-(Pseudo-)-Ephedrin katalysieren kann. Beide Dehydrogenasen sind NADH-abhängig und der Superfamilie der kurzkettigen Dehydrogenasen untergeordnet. Bei der Charakterisierung dieser Dehydrogenasen konnte gezeigt werden, dass das Substratspektrum wertvolle chirale Produkte umfasst. Beide Dehydrogenasen zeigen strikte Regio- und Enantioselektivität gegenüber dem α-Diketon Phenylpropan-1,2-Dion (PPD). Somit wurde PPD zu (S)-PAC (ee >99%) und (R)-PAC (ee >99%) mittels PseDH bzw. EDH mit vollem Umsatz reduziert. Darüber hinaus wurde die Kristallstruktur der PseDH im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der Universität von York mit einer Auflösung von 1,8 Å aufgeklärt. Die Kristallstruktur wurde in PDB unter der Zugangsnummer (6QHE) hinterlegt. Mittels der Kristallstruktur der PseDH und des Homologiemodells der EDH wurden Strukturanalysen durchgeführt und die ersten Hypothesen zur Funktionsweise dieser Enzyme aufgestellt. Des Weiteren wurden über Peptidsequenzanalysen zu diesen Enzymen Rückschlüsse auf ihren evolutionären Ursprung gezogen. Die Stabilität der Dehydrogenasen wurde mit unterschiedlichen Lösungsmitteln bestimmt. CPME wurde als geeignetstes organisches Lösungsmittel für die Biokatalyse mit diesen Enzymen ermittelt. Beide Enzyme wurden mittels eines organisch-wässrigen Zweiphasensystems unter enzymgekoppelter Cofaktorregenerierung getestet. Dadurch wurde der Zugang zur Produktion von (S)-PAC und (R)-PAC aus PPD mittels PseDH bzw. EDH geschaffen.

Non-fullerene Acceptors (NFAs) have gathered a great deal of interest for use inorganic photovoltaics (OPVs) due to recent breakthroughs in their power conversion efficiency and other advantages they offer over their Fullerene-based counterparts. In this work, a new promising non-fullerene polymer acceptor, PF5-Y5, have been studied using density functional theory and time-dependent density functional theory; and the effects that oligomer length, geometry relaxation and exchange-correlation interaction has on the exciton binding energies (the difference between optical and fundamental energy gaps) have been investigated. Both the fundamental and optical gaps are significantly affected by the choice of functional (i.e., the description of the exchange-correlation interaction). However, it does not appear to significantly impact obtained exciton binding energies as the effects of the fundamental and optical gaps cancel each other out. Both the fundamental and optical energy gap are shown to slightly reduce as a function of the oligomer length (~0.1 - 0.3 𝑒𝑉 reduction for each repeated monomer). As both gaps are reduced by a similar amount per repeated monomer, they counteract each other and the total effect that oligomer length has on the exciton binding energy is very low. Geometry relaxation and thermal effects showed the largest impact on the fundamental gap and exciton binding energy, with their combined effect resulting in a ~0.5 𝑒𝑉 reduction in binding energy. / Non-Fullerene Acceptorer (NFAs) har rönt stort intresse för användning i organiska solceller (OPVs) på grund av genombrott på senare tid gällande deras effektomvandlingsverkningsgrad och en mängd andra fördelar som de erbjuder jämfört med sina fullerene-baserade motsvarigheter. I det här arbetet har en ny lovande polymer-acceptor, PF5-Y5, studerats med hjälp av täthetsfunktionalteori (DFT) och tidsberoende täthetsfunktionsteori (TD-DFT). Effekterna som oligomerlängd, geometri-avslappning och utbytes-korrelations-interaktion har på exciton-bindningsenergin (skillnaden mellan optiska ochfundamentala energigapen) har även undersökts.  Både erhållna värden för det fundamentala och optiska gapet påverkas avsevärt av valet av funktional (dvs. beskrivningen av utbytes-korrelations-interaktionen). Valet av funktional verkar dock inte nämnvärt påverka erhållna värden för excitonbindningsenergin då effekterna från det fundamentala och optiska gapen till stor del tar ut varandra.  Både det fundamentala och optiska energigapet minskar som en funktion av oligomerlängden (~0.1 - 0.3 𝑒𝑉 minskning för varje upprepad monomer). Eftersom båda energigapen minskar ungefär lika mycket för varje upprepad monomer så motverkar de till stor grad varandra; och den totala effekten som oligomerlängd har på exciton-bindningsenergin förblir låg. Strukturell relaxation (eng: geometry relaxation) och termiska effekter visade sig ha störst påverkan på det fundamentala energigapet och exciton-bindningsenergin, och deras sammanlagda effekt ledde till en ~0,5 𝑒𝑉 reduktion i bindningsenergi.

In dieser Arbeit wurden zwei Messaufbauten für die online Gasanalyse von elektrochemischen Reaktionen entwickelt und im Hinblick auf ihre Unterschiede und Gemeinsamkeiten sowie auf den Designprozess im Allgemeinen verglichen: Differenzielle elektrochemische Massenspektrometrie (DEMS) zur Untersuchung von Nebenreaktionen in Natriumionenbatterien (SIBs). Verschiedene Designansätze aus der Literatur wurden verglichen, um den für die Anwendung in SIBs am besten geeigneten zu finden. Danach wurde ein selbst entwickeltes Design implementiert und validiert. Für die Datenauswertung wird ein neuartiger Ansatz für DEMS in Alkaliionenbatterien vorgestellt, der eine interne Validierung der Ergebnisse ermöglicht. Eine Zusammenfassung der Literatur über bekannte Reaktionen, die zur Gasbildung in Alkali-Ionen-Batterien führen, wird als Referenz die Gasentwicklung in den in dieser Arbeit untersuchten Materialien herangezogen. Das System wird zur Messung der Gasentwicklung verschiedener Elektrodenmaterialien in Halbzellenkonfiguration und zur Bewertung des Zusammenspiels einiger Elektroden in Vollzellenkonfiguration verwendet. Bei den untersuchten Materialien handelt es sich um: Natrium-Mangan-Nickeloxid (NaMNO), Natrium-Vanadium-Phosphat (NVP), Preußisch Weiß (PW), Graphit und Hartkohlenstoff. Als Elektrolyte wurden überwiegend 1M NaPF6 in Diglyme (2G), bzw. Propylencarbonat (PC) verwendet. Das zweite System ist eine rotierende Scheibenelektrode in Verbindung mit Gaschromatographie (RDE-GC). Es wurde entwickelt, um kinetische Effekte bei der elektrokatalytischen CO2-Reduktion an Kupferelektroden zu untersuchen. Die Korrelation von Massentransporteigenschaften und der Gasproduktanalyse kann Aufschluss über die Massentransportabhängigkeit von Selektivität und Aktivität der Reaktion geben. Hier wird die Gasanalyse genutzt, um die elektrochemischen Daten in Teilstromdichten zu dekonvolutieren, die unter definierten Stofftransportbedingungen zur Bildung verschiedener Produkte führen. / In this thesis two independent measurement setups for online gas analysis, in electrochemical reactions are developed and compared in terms of their differences and similarities and on the design: Differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) for the investigation of side reactions in sodium-ion batteries (SIBs). Different design approaches from literature are evaluated to find the most suitable for the application in SIBs. After that a custom design is implemented and validated. A novel approach to DEMS in alkali-ion batteries for the data evaluation is presented, that enables internal verification of the results. Known reactions that lead to gas formation in alkali-ion batteries are reviewed form the literature, as a reference to discuss the gas evolution found in materials investigated. The system is used to measure the gas evolution of different electrode materials in half-cell configuration, and to evaluate the interplay of some of the electrodes in full-cell configuration. Materials that are studied are: sodium manganese nickel oxide (NaMNO), sodium vanadium phosphate (NVP), prussian white (PW), graphite and hard carbon. To do that two model electrolytes were selected 1M NaPF6 in diglyme (2G) and propylene carbonate (PC). The second system is a rotating disc electrode coupled with gas chromatography (RDE-GC). It is designed to study kinetic effects on the electrocatalytic CO2 reduction (CO2RR) on copper electrodes. The correlation of defined mass transport properties and gas product analysis can give insight into the mass transport dependencies on the selectivity and activity of the reaction. Here the gas analysis is used to deconvolute the electrochemical data into partial current densities, that lead to the formation of different products, under defined mass transport conditions. While some challenges remain, preliminary data that underlines the capability of such system as well as the findings on how to design such a system are presented.

Single-atom catalysts (SACs) with metal–nitrogen (M–N) sites are one of the most promising electrocatalysts for electrochemical carbon dioxide reduction (ECO₂R). However, challenges in simultaneously enhancing the activity and selectivity greatly limit the efficiency of ECO₂R due to the improper interaction of reactants/intermediates on these catalytic sites. Herein, we report a carbon-based nickel (Ni) cluster catalyst containing both single-atom and cluster sites (NiNx-T, T = 500–800) through a ligandmediated method and realize a highly active and selective electrocatalytic CO₂R process. The catalytic performance can be regulated by the dispersion of Ni–N species via controlling the pyrolysis condition. Benefitting from the synergistic effect of pyrrolicnitrogen coordinated Ni single-atom and cluster sites, NiNx-600 exhibits a satisfying catalytic performance, including a high partial current density of 61.85 mA cm⁻² and a high turnover frequency (TOF) of 7,291 h⁻¹ at −1.2 V vs. RHE, and almost 100% selectivity toward carbon monoxide (CO) production, as well as good stability under 10 h of continuous electrolysis. This work discloses the significant role of regulating the coordination environment of the transition metal sites and the synergistic effect between the isolated single-site and cluster site in enhancing the ECO₂R performance.