Thin films, specifically of iron hexacyanoruthenate and nickel hexacyanoferrate, are studied for their functionality in electrochemical environments or as layered solids. Voltammetry in electrolyte solutions and solid-state current-voltage curves demonstrate charge trapping / rectifying behavior of these films. A reference system with statistically distributed transition metal ions on the lattice sites does not exhibit any rectifying behavior, supporting the role of the layered systems for these properties. Spectroscopic methods are used alongside electrochemical investigations to characterize the materials. A protium/deuterium isotope effect is observed in the voltammetry of iron hexacyanoruthenate-modified electrodes, showing reversible changes in reduction peaks when transferring between H2O-and D2O-based electrolytes. Temperature-dependent studies show the importance of transport processes for the observed phenomenon. The electrochemical investigations are accompanied by spectroscopic methods to characterize the materials.
Dünne Filme, insbesondere aus Eisen-hexacyanoruthenat und Nickel-hexacyanoferrat, werden hinsichtlich ihrer Funktionalität in elektrochemischen Umgebungen oder als Schichtstrukturen untersucht. Voltammetrie in Elektrolytlösungen und Strom-Spannungs-Kurven zeigen gleichrichtendes Verhalten dieser Filme. Ein Referenzsystem mit denselben, statistisch verteilten, Übergangsmetallionen auf den Gitterplätzen zeigt kein gleichrichtendes Verhalten, was die Bedeutung der geschichteten Systeme für diese Eigenschaften unterstreicht. Zusätzliche spektroskopische Methoden dienen zur Charakterisierung der Materialien. Bei der Voltammetrie von mit Eisen-hexacyanoruthenat-modifizierten Elektroden wird ein Protium/Deuterium-Isotopeneffekt beobachtet, der reversible Veränderungen der Reduktionspeaks beim Wechsel zwischen H2O- und D2O-basierten Elektrolyten zeigt. Temperaturabhängige Untersuchungen zeigen die Bedeutung von Transportprozessen für das beobachtete Phänomen. Die elektrochemischen Untersuchungen werden von spektroskopischen Methoden zur Charakterisierung der Materialien begleitet.
Interest in alternative and renewable fuels has surged due to global energy resource depletion and environmental concerns. Hydrogen is recognized as a sustainable, green fuel for the future. Photoelectrochemical (PEC) water splitting is a key technology for converting and storing solar energy as hydrogen. This research aimed to advance oxide-based semiconductor photoanodes for the water oxidation reaction in PEC, focusing on WO3-based ternary metal oxides, particularly CuWO4/WO3 composite photoanode. These materials have a narrow band gap, enabling efficient visible light absorption and stability in neutral pH. A hydrothermal method was used to synthesize CuWO4/WO3 films, optimizing their morphology and PEC performance. The study also enhanced the efficiency of CuWO4/WO3 films by adding NiCo-layered double hydroxide (NiCo-LDH) catalysts. This modification improved photon-to-current efficiency, shifted the photocurrent onset, and increased photocurrent density, attributed to better reactant diffusion and proton-coupled electron transfer.
Das Interesse an alternativen und erneuerbaren Kraftstoffen hat sich aufgrund der Erschöpfung der weltweiten Energieressourcen und Umweltbedenken. Wasserstoff ist als nachhaltiger, grüner Kraftstoff für die Zukunft anerkannt. Photoelektrochemische (PEC) Wasserspaltung ist eine Schlüsseltechnologie für die Umwandlung und Speicherung von Sonnenenergie in Wasserstoff umzuwandeln und zu speichern. Ziel dieser Forschung war es, oxidbasierte Halbleiteranoden für die Wasseroxidationsreaktion in der PEC zu entwickeln, wobei der Schwerpunkt auf WO3-basierten ternäre Metalloxide, insbesondere CuWO4/WO3-Verbundphotoanoden. Diese Materialien haben eine schmale Bandlücke, die eine effiziente Absorption von sichtbarem Licht Absorption und Stabilität bei neutralem pH-Wert. Eine hydrothermale Methode wurde verwendet, um CuWO4/WO3-Filme zu synthetisieren und ihre Morphologie und und die PEC-Leistung. Die Studie verbesserte auch die Effizienz von CuWO4/WO3 Filme durch Zugabe von NiCo-Doppelhydroxid-Katalysatoren (NiCo-LDH). Diese Modifikation verbesserte die Photonen-zu-Strom-Effizienz, verschob den verschoben und die Photostromdichte erhöht, was auf eine bessere Reaktandendiffusion Diffusion und protonengekoppelten Elektronentransfer zurückzuführen ist.
In der vorliegenden Arbeit wurden Methoden zur Übergangsmetallkatalysierten α-C−H-Aktivierung von Aminen entwickelt und deren Additionen an ungesättigte Kohlenwasserstoffe durchgeführt. Die als Hydroaminoalkylierung bekannte Reaktion erlaubt zwar formal einen einfachen Zugang zu hoch funktionalisierten Aminen, litt aber in der Vergangenheit unter einer wesentlich zu schmalen Substratbreite und langen Reaktionszeiten. Katalysatorsysteme auf Basis von Titan wurden entwickelt und optimiert, wobei die Potenz bisher bekannter Umsetzungen sekundärer Amine in Hydroaminoalkylierungen um mehrere Größenordnungen verbessert werden konnte; die Reaktionszeiten wurden von typischerweise mehreren Tagen auf teils wenige Minuten reduziert. Gleichzeitig konnten sehr kostengünstige und allgemein zugängliche Synthesewege zur Herstellung der Katalysatorvorstufen realisiert werden. Die Substratbreite wurde auf das industriell bedeutsame Dimethylamin erweitert, wobei sowohl eine selektive Methode zur einfachen Hydroaminoalkylierung als auch eine Tandemreaktion zum doppelt alkylierten Amin entwickelt wurden. Des Weiteren wurde eine indirekte Einsatzmöglichkeit von Methylamin erarbeitet, die auch die direkte Herstellung und Isolation von Silylaminen erlaubt. Ebenfalls konnte ein gänzlich neuer Ansatz für die erstmalige Hydroaminoalkylierung mit tertiären Aminen durch Titankatalysatoren entwickelt und damit auch der Grundstein für zukünftige Umsetzungen von Trimethylamin gelegt werden. Bei einer zusätzlichen Ausweitung der Substratbreite auf Allene wurde außerdem eine bisher unbekannte Umlagerungsreaktion von Allylaminen entdeckt. Die Forschung an neuen Katalysatoren lieferte zudem neue Molekülstrukturen von Titankomplexen, die hilfreiche Schlussfolgerungen für die Ligandenentwicklung ergaben.
This work presents methods for the α-C−H-activation of amines and their successive addition to unsaturated hydrocarbons. This reaction, known as hydroaminoalkylation, gives direct access to highly functionalized amines, but has seen little use in the past due to a very limited substrate scope and long reaction times. Titanium-based catalyst systems were developed and optimized, which resulted in the reduction of reaction times by several orders of magnitude for the conversion of secondary amines in previously established hydroaminoalkylations; most reaction times were reduced from several days to minutes. At the same time, cost-efficient and generally accessible syntheses for the catalyst precursors were realized. The substrate scope was extended to the industrially important dimethylamine; both a selective monohydroaminoalkylation as well as a tandem reaction to the twice alkylated amine were developed. An indirect method for the conversion of methylamine was established, which can also be used for direct access to silylamines. An entirely new approach for the conversion of tertiary amines through titanium catalysis was invented, which will likely allow the conversion of trimethylamine in the future. Additionally, a previously unknown rearrangement reaction of allylamines was discovered in a further extension of the substrate scope to allenes.Researching these catalysts also gave access to the structures of novel titanium complexes, which provided helpful information for the development of ligands
