Das Projekt "TECFLAM III - Untersuchung der Bildung sehr grosser polyzyklischer Aromaten (PAH) in Flammen mittels REMPI-Massenspektrometrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich 7 Chemie, Institut für Physikalische Chemie durchgeführt. Polyzyklische Aromaten (PAH) entstehen bei der unvollstaendigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffen. Sie sind Vorlaeufer fuer den Russ, werden aber auch mit dem Abgas ausgestossen. Es werden deshalb in-situ-Messungen der Konzentrationsprofile von PAH im Massenbereich von 200 bis 100 an russenden Flammen verschiedener Brennstoffe ausgefuehrt. Fuer die Messungen werden REMPI-Massenspektrometrie und Hochddruck-Fluessigkeits-Chromatographie eingesetzt. Dabei soll die Bildung von sauerstoffhaltigen PAH und Fullerenen besonders beachtet werden. Der direkte massenspektrometrische Nachweis kleiner Russteilchen wird angestrebt. Ziel ist das Verstaendnis fuer die Aufbau- und Abbaureaktionen bei grossen PAH-Molekuelen, die einerseits zu immer groesseren PAH, zu Fullerenen und zum Russ fuehren und andererseits bei sehr hohen Temperaturen die Zerstoerung der aromatischen Ringsysteme bewirken bzw. ihre Bildung verhindern und zu einer Russverminderung fuehren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung effizienter NFA-basierter OPV-Module und Demonstratoren mittels Rolle-zu-Rolle-Druck" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ARMOR solar power films GmbH - Abteilung Forschung & Entwicklung durchgeführt. Das Verbundvorhaben NFA4R2ROPV hat das ehrgeizige Ziel, die Technologie für die großflächige drucktechnische Herstellung hocheffizienter organischer Photovoltaik (OPV) auf Basis von Nicht-Fulleren-Akzeptoren (NFAs) bereitzustellen. Wenngleich NFA-basierte OPV mit einer Effizienz von bis zu 15% in der Literatur demonstriert wurden, muss diesbezüglich festgehalten werden, dass solch hohe Effizienzen im Labormaßstab auf einer sehr kleinen Zellfläche von wenigen Quadratmillimetern realisiert wurden. Zudem wurden bei der Bauteilherstellung giftige oder schädliche, chlorierte Lösemittel eingesetzt. Stand der Technik bei der industriellen Herstellung von gedruckter OPV ist jedoch die Verwendung ungefährlicher und unbedenklicher Lösungsmittel. Das vorliegende Projekt wird sich die jüngsten Fortschritte im Bereich NFA-basierter OPV zu Nutze machen und kleine Moleküle als Donoren und Akzeptoren zur Herstellung der aktiven Schicht von OPV-Bauteilen einsetzen, um auf diese Weise deren Effizienz und Stabilität zu verbessern. Das Teilvorhaben der OPVIUS GmbH beinhaltet zunächst eine Bewertung von NFA-basierten Materialsystemen aus unbedenklichen Lösemitteln im Hinblick auf deren Einsetzbarkeit in einem drucktechnischen, industriellen R2R-Herstellungsverfahren. Des Weiteren werden bei OPVIUS vielversprechende Materialsysteme im Labor auf Modulebene getestet und die entsprechenden Abscheideprozesse optimiert. Im Vordergrund steht hier die Bewertung der Effizienz und Lebensdauer der NFA-basierten Module im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik. Im nächsten Schritt werden die besten identifizierten Materialsysteme vom Labor in den R2R-Maßstab transferiert. Im Fokus steht hier insbesondere eine hohe Prozessrobustheit, d.h. eine geringe Schwankungsbreite in der Modulperformance und eine hohe Ausbringung an Modulen gemäß den definierten Anforderungen. Schlussendlich wird OPVIUS für Demonstrationszwecke großflächige Module auf Basis neuartiger NFA-basierten Materialsysteme fertigen.
Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Organische Chemie, Lehrstuhl I (Arbeitsgruppe Prof. Dr. Bräse) durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung neuartiger, hocheffizienter organischer Solarzellen durch den systematischen Aufbau periodischer supramolekularer Donor-Akzeptor Netzwerke. Dieses soll durch ein Konsortium aus Materialwissenschaftlern im Hochschul- (Universität Karlsruhe, Institut für Organische Chemie, AK Bräse und Lichttechnisches Institut, Ak Lemmer) und Industiebereich (cynora GmbH) erreicht werden. Der Industrie-Partner besitzt Katalyse-Know-How, das für die Optimierung der Herstellungsprozesse der lichtabsorbierenden Donormoleküle von zentraler Bedeutung ist. Im Hochschulbereich besitzt der Arbeitskreis Bräse weitreichende Erfahrung auf dem Gebiet verschiedener starrer Grundgerüste auf Fullerenbasis. Das Know-How zur Darstellung sechsfach substituierter Fulleren-Akzeptormoleküle, deren Eigenschaften ganz gezielt manipuliert werden können, ist vorhanden. Ausgehend hiervon ist eine gesteuerte Kristallisation zur Ausbildung organischer Netzwerke aus Donor- und Akzeptormolekülen basierend auf molekularer Selbsterkennung möglich. Der zweite Hochschulpartner, der Arbeitskreis Lemmer, bietet umfangreiches Wissen auf dem Gebiet der visuellen Informationstechnik und Optoelektronik. Dies beinhaltet insbesondere die Expertise zur Technologieentwicklung im Bereich organischer Halbleiterbauelemente im hauseigenen Technologie-Labor, Mikrostrukturierung, Entwicklung opto-elektronischer Systeme und die Simulation der elektrischen Eigenschaften optoelektronischer Bauelemente auf Basis organischer Halbleiter.
Das Projekt "Photokatalytische Erzeugung von O2 (1delta) zum Betrieb eines Fulleren-Sauerstoff-Jod-Lasers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg, Fachbereich 7 Maschinenbau, Institut für Verbrennung und Gasdynamik durchgeführt. Beim Uebergang vom elektronisch angeregten 2P1/2- zum 2P3/2-Zustand von Jodatomen laesst sich in einem optischen Resonator Laseremission Beim Uebergang vom elektronisch angeregten 2P1/2- zum 2P3/2-Zustand von Jodatomen laesst sich in einem optischen Resonator Laseremission bei der Wellenlaenge I = 1,315 mm erreichen. Die Besetzungsinversion kann z.B. durch Stoesse zwischen Jodatomen und angeregten Sauerstoffmolekuelen erzeugt werden. Fuer die Erzeugung angeregter Sauerstoffmolekuele stehen verschiedene Methoden zur Verfuegung, die alle einer kommerziellen Nutzung des Laser entgegenstehen. Den aus C5- und C6-Ringen aufgebauten Fullerenen wird dagegen in der Literatur eine photokatalytische Aktivitaet zugeschrieben, die auf besonders effektive Weise zu dem im Sauerstoff-Jod-Laser benoetigten Anregungszustand des Sauerstoffmolekuels fuehren soll. Darauf gruendet sich die dem hier bearbeiteten Projekt zugrundeliegende Idee, den fuer den Sauerstoff-Jod-Laser erforderlichen Anregungszustand O2(1D) mit Hilfe von Fullerenen zu erzeugen. Im vorliegenden Projekt wurden zwei sich stark unterscheidende Generatorkonzepte experimentell geprueft, denen die heterogene photokatalytische Reaktion von Sauerstoff mit auf Substrat gebundenen Fullerenen und die homogene photokatalytische Reaktion zwischen Fullerendampf und Sauerstoff zugrunde liegen. Die Erwartungen konnten jedoch in keiner Weise erfuellt werden. Eine wesentliche Erkenntnis des Projektes ist, dass die photokatalytische Erzeugung von O2(1D) an substratgebundenen Schichten ineffektiv ist. Die Ursache fuer die geringe O2(1D)-Produktion ist moeglicherweise auf einer Bedeckung der aktiven Oberflaeche mit Absorbaten zurueckzufuehren. Dass solche Bedeckungen existieren, konnte mit Hilfe der Verbrennungsanalyse von quarzgebundenen Fullerenschichten nachgewiesen werden. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass zusaetzlich eine durch die Bindungskraefte der Schicht verursachte energetische Verschiebung des angeregten Fullerentripletts eine Rolle spielt. Freie Fullerene (C60) reagierten nach der Sublimation in der erwarteten Weise. Stosswellenexperimente zeigten, dass in Gemischen aus Sauerstoff und Fullerendampf unter Lichteinwirkung O2(1D) entsteht. Dies konnte indirekt auch in Sauerstoff-C60-Jod-Systemen nachgewiesen werden, bevor die Fullerene in der heissen Umgebung verbrennen. Wegen der hohen Sublimationstemperatur von 600 Grad Celsius und der bei hohen Temperaturen eingeschraenkten Effektivitaet des gesamten Anregungsprozesses ist eine technische Anwendung jedoch kaum moeglich.
Das Projekt "Einstellung der optischen und Ladungstransporteigenschaften von elektronarmen Phase in polymeren Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Fachgruppe Chemie und Biologie, Arbeitsgruppe Makromolekulare Chemie durchgeführt. The proposed work aims at the understanding and the advancement of the photovoltaic properties of polymer-based organic solar cells by optimizing the electron-transport properties of the electron-accepting phase. Novel 'low bandgap' electron-accepting copolymers based on naphthalenebisimide with improved electron mobility will be synthesized. The HOMO and LUMO energy levels of these copolymers are designed for a combination with well-established electron-donating polymers such as poly(3- hexylthiophene) (P3HT). Electron-transport in the pure polymer and in the blend will be studied and related to the photovoltaic device performance. In order to optimize the optical and electron-transporting properties of these bulk-heterojunction devices, ternary blends comprising an electron-donating polymer, an electron accepting polymer and the well-known soluble fullerene PCBM will be investigated with respect to morphology, charge transport and solar cell properties. Hereby, the adjustment of the LUMO level of the acceptor-polymer with respect to the energetical structure of PCBM by chemical design will be one important task of this project. By using acceptor polymers with low bandgap, wide spectral coverage is envisaged. Finally, the influence of additives as block copolymers or low molecular weight softeners (and surfactants) on the morphology of polymer-polymer blends will be investigated, with the goal to develop novel approaches towards polymer blends with high charge carrier dissociation and extraction efficiencies.
Das Projekt "Interface properties and electronic structure of thiophene-based materials" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Wuppertal, Fachgruppe Chemie und Biologie, Arbeitsgruppe Makromolekulare Chemie durchgeführt. Das Hauptziel des Projekts ist ein tieferes Verständnis des elektronischen Verhaltens der aktiven organischen Schichten (Blends) in organischen Solarzellen und ihren Grenzflächen (Elektrode/org. Material und Polymerschicht/Polymerschicht). Die elektronische Eigenschaften der Grenzflächenschlichten und sowie von neuen organischen Materialien werden systematisch abgestimmt. Hierfür werden speziell hergestellte polymere und oligomere Donorkomponeten für Polymer (oder Oligomer)/Fulleren-basierte Donor/Akzeptor-Paare als aktive Schicht in Bulk-Heterojunction'-Solarzellen ausgewählt. Eine systematische Studie soll die Beziehungen zwischen ihrem Wachstum, ihrer Grenzflächeneigenschaften und der daraus resultierenden elektronischen Struktur klären. Ein weiterer Focus des Projekts liegt auf der Stabilität der neuen organischen Materialien und ihrer Grenzflächenschichten unter Normalbedingungen. Der Abbau durch photooxidative Prozesse soll dabei untersucht werden. Die Studien werden unter Zuhilfenahme komplementärer spektroskopischer Techniken durchgeführt, die weit reichende und detaillierte experimentelle Informationen über die physikalischen Eigenschaften der organischen Materialien liefern.
Das Projekt "NANO-Transfer: Transfer kohlenstoffbasierter Nanomaterialien in der aquatischen Umwelt - Verbleib, Effekte, Bioakkumulation, Nahrungsnetzübertragung, Schadstofftransport und Einsatz in der Remediation belasteter Gewässer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsinstitut für Ökosystemanalyse und -bewertung an der RWTH Aachen e. V. durchgeführt. In Zukunft wird eine erhöhte Produktion von industriell gefertigten kohlenstoffbasierten Nanomaterialien (C-MNMs) erwartet, weswegen der Eintrag dieser in die Umwelt berücksichtigt werden muss. Die Aufnahme von dispergierten Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) und Fullerenen wurde bereits in pelagischen und benthischen Süßwasserorganismen erforscht, jedoch fehlen hier quantitative Daten zur chronischen Toxizität und zur Bioakkumulation. Unser Konsortium bestehend aus sechs Partner aus drei Ländern (Deutschland, Rumänien und Spanien) will die Wissenslücken hinsichtlich der Auswirkungen von synthetischen Nanomaterialien auf die Umwelt zu schließen. Dazu werden das Verhalten und der Verbleib von C-MNMs und deren Auswirkungen in verschieden komplexen aquatischen Systemen untersucht. Ziel ist es, Langzeitwirkungen von C-MNMs alleine und in Kombination mit relevanten organischen Chemikalien (i.e. Biozid Triclocarban, Weichmacher Bisphenol A) zur Berücksichtigung von möglichen 'Trojan horse'-Effekten zu untersuchen.
Das Projekt "Russ- und Schadstoffbildung in Verbrennungsaerosolen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg, Fachbereich 7 Maschinenbau, Institut für Verbrennung und Gasdynamik durchgeführt. Aerosole treten in unterschiedlichen Bereichen der Verfahrenstechnik entweder als unerwuenschtes Abgas auf oder werden als Produkt gezielt generiert. Typische Beispiele sind die Entstehung von Russpartikeln bei Verbrennungsprozessen, die Erzeugung von technischen Russen, von keramischen Partikeln, Pigmenten, nanokristalinen und magnetischen Werkstoffen. Zur gezielten Beeinflussung dieser Prozesse sind Kenntnisse sowohl der chemischen Zusammensetzung der Gase als auch der Groesse und Menge der Partikel erforderlich. Zur Untersuchung dieser Vorgaenge werden Partikel aus russenden Niederdruckflammen mit Hilfe einer Molekularstrahlanlage in ein Partikel-Massenspektrometer (PMS) geleitet. Dort koennen elektrisch geladene Partikel bezueglich ihrer Masse und Ladung analysiert werden. Untersuchungen an russenden C6H6/O2-Flammen wurden durchgefuehrt, um den Einfluss von aromatischen und aliphatischen Strukturen der Brennstoffe auf die Russbildung zu studieren. Ein grosser Anteil an Fullerenionen konnte nachgewiesen werden. In C2H2/C6H6/O2-Mischflammen konnten sowohl benzoltypische als auch acetylentypische Partikel nachgewiesen werden. In Zukunft sollen Partikel aus russenden C6H6/O2-Flammen abgeschieden und gesammelt werden, um den Fullerenanteil mit anderen Diagnosemethoden zu bestimmen.
Das Projekt "Aufklärung von Biotransformationswegen und von Mechanismen gentoxischer Wirkungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Kaiserslautern, Fachrichtung Lebensmittelchemie und Umwelttoxikologie, AK Prof. Gerhard Eisenbrand durchgeführt. Die Erkennung gesundheitlicher Risiken durch gentoxische Stoffe, die als Lebensmittelinhaltstoffe oder als Umweltkontaminanten Bedeutung haben, ist die Voraussetzung für Risikobewertung und Prävention. Bei Umweltkontaminanten gilt unser Interesse polycyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffen mit einer sogenannten Fjordregion, die besonders potente Kanzerogene darstellen. Außerdem interessieren uns Fullerene, die im Ruß vorkommen und deren biologische Wirkung bisher nur wenig untersucht ist. Das aus beruflicher Belastung durch bestimmte Nitrosamine potentiell gesundheitliche Risiko wird im Modellversuch untersucht. Schließlich beschäftigen wir uns mit der Toxikologie bestimmter a,b-ungesättigter Alkenale, die als Lebensmittelinhalts- und -Zusatzstoffe in z.T. beachtlichen Konzentrationen (bis 30 mg/kg) in Lebensmitteln vorkommen. Metabolische Veränderungen, die fremde Stoffe im Körper erfahren, beeinflussen ganz wesentlich deren Wirkung. Zur Aufklärung einzelner aktivierender oder entgiftender Stoffwechselwege werden transgene Säugerzellen eingesetzt, die bestimmte Enzyme (CYP) stabil exprimieren. Zusätzlich wird der Leberstoffwechsel mit Hepatozyten und Zellfraktionen (Mitochondrien, Mikrosomen) simuliert. Metabolite werden über GC/MS identifiziert und quantifiziert. Die gentoxische/mutagene Potenz von Ausgangsverbindungen und Metaboliten wird in-vitro an Säuger-Zellinien (z.B. humane Colonzellen) oder an primären Zellen (z.B. aus Gastrointestinaltrakt von Ratte/ Mensch) sowie in-vivo an der Ratte und ex-vivo an humanen Blutzellen geprüft. Gemessen werden: Gentoxizität in transfizierten Bakterien (Induktion von SOS-Repair), Mutagenität in Säugerzellen (HPRT-Test), Induktion von DNA-Schäden mittels Mikrogelelektrophorese und die Entstehung vonDNA-Addukten mittels 32P-Postlabelling-Verfahren. Zusätzlich werden zytotoxische Effekte (einschließlich Membranschäden und Apoptose-Induktion) in Zellkulturen erfasst.
Das Projekt "Entwicklung funktioneller konjugierter Materialien als photoaktive Layer und Elektroden für organische Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Organische Chemie durchgeführt. Solarzellen auf organischer Basis stellen eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen inorganischen Halbleitern dar. Die Organische Photovoltaik bietet hervorragende Voraussetzungen für eine umweltfreundliche Energiegewinnung mit low cost Polymer-Solarzellen. Polymere Fullerenderivate eignen sich nach dem Stand der Technik besonders für diese Solarzellen. Zur Durchführung des Projektes werden neue Materialien entwickelt und charakterisiert. Die Fulleren-Muster sollen erhöhte Transporteigenschaften aufweisen und deren Aggregation bzw. Verteilung wird mittels AFM untersucht. Im weiteren Verlauf sollen polymere Fullerene und solubilisierte Nanotubes synthetisiert, charakterisiert und nach einer komplexen Reinigung (HPLC) in Devices eingearbeitet werden. Die Darstellung der verschiedenen Verbindungen soll in ausreichenden Mengen erfolgen, um die Herstellung der Testzelle mit einer 5-prozentigen Effizienz und einer Lebensdauer von ca. 5000 Stunden zu ermöglichen. Die von uns bereitgestellten organischen Materialien werden im Erfolgsfall in Form der Solarzellen von den Vertragspartnern patentiert.