Eldorado - Repositorium der TU Dortmund

Ressourcen aus und für Forschung, Lehre und Studium

Bei diesem Service handelt es sich um das Institutionelle Repositorium der Technischen Universität Dortmund. Hier werden Ressourcen aus und für Lehre, Studium und Forschung gespeichert, erschlossen und der Öffentlichkeit zugänglich gemacht.

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Aktuellste Veröffentlichungen

Sb-Nanoribbons auf Ag(110)
(2026) Hilgers, Stefanie; Westphal, Carsten; Cinchetti, Mirko
This work focuses on the detailed structural and chemical characterization of Sb nanoribbons on the Ag(110) surface. For this purpose, surface-sensitive methods, such as low-energy electron diffraction (LEED) and scanning tunneling microscopy (STM), are used to determine the structural arrangement of the nanoribbons. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) is utilized to characterize the various bonding environments. The combination of these measurement methods enables the construction of a structural model of the Sb nanoribbons on the Ag(110) surface. For a coverage of 0.5ML a c(2x2)-reconstruction is observed. By LEED-IV analysis and XPS measurements, this reconstruction can be identified as a substitutional alloy. XPS measurements show a distinct alloy component in both the Sb 4d signal and the Ag 3d signal, which can be attributed to the bond between Sb and Ag. For higher coverages, the formation of Sb nanoribbons is observed in STM. In this work, the Ribbons I and Ribbons II phases, with coverages of 1ML and 1.24ML, are examined in detail. As the coverage increases, the alloy component decreases in the XPS measurements, suggesting a dealloying process and the growth of Sb ribbons directly on the Ag(110) surface. In addition, based on angle-resolved measurements at Theta = 0° and Theta = 60°, a two-layered growth of the ribbons can be identified. In the STM data, narrow and wide nanoribbons are identified, consisting of two or four atoms in the topmost atomic layer, respectively. The nanoribbons are arranged stochastically on the surface, which is reflected in the LEED pattern as a spot splitting along the [1-10] direction. This splitting is directly linked to the ratio of narrow to wide ribbons. For the Ribbons II phase, additional spots are visible in LEED along the [001] direction. Following the LEED analysis, these spots are attributed to a faceted surface structure, likely arising from a lattice mismatch between Sb and Ag, leading to a tilt of the Sb nanoribbons. Based on these results, the previously proposed structural model, according to which the Sb nanoribbons grow in a single layer on top of the alloy, can be refuted. Instead, a new structural model is presented, consisting of two‑layered Sb ribbons that grow in the gamma-Sb structure directly on the Ag(110) surface.
Discontinuous Galerkin methods for the approximation of the Liouville-von Neumann equation
(2026-06-16) Ganiu, Valmir; Schulz, Dirk; Cheng, Ming-Cheng
Die rapide Miniaturisierung elektronischer Bauelemente hat quantenmechanische Effekte in den Vordergrund des Halbleiterentwurfs gerückt und erfordert präzise sowie effiziente Modellierungsrahmen für den Ladungstransport im Nanobereich. Konventionelle Ansätze wie die NEGF und die QTBM liefern zwar eine hohe Genauigkeit, sind jedoch besonders für transiente und multidimensionale Simulationen rechenintensiv. Diese Dissertation entwickelt und validiert ein neuartiges Rahmenwerk basierend auf der DG-Methode zur Approximation der LVNE und etabliert diese als wettbewerbsfähige Alternative zu klassischen numerischen Verfahren. Die Arbeit beginnt mit einer kurzen Einführung in gängige Quanteneffekte und -phänomene, die für den Umfang dieser Arbeit relevant sind. Darüber hinaus werden intraband- und interbanddynamische Prozesse sowie Systeme mit räumlich variierender effektiver Masse diskutiert und deren beschreibende Quantentransportgleichungen vorgestellt. Physikalisch konsistente Randbedingungen werden durch Inflow-Modelle auf Basis der Fermi-Dirac-Statistik und ein CAP zur Abgrenzung offener Systeme hergeleitet. Daraufhin werden gängige Approximationsmethoden vorgestellt und das DG-Schema im Hinblick auf Existenz, Eindeutigkeit, Stabilität sowie die zugrunde liegenden numerischen Flüsse detailliert analysiert. Drei Varianten -- DGFV, DGFEM und DGDG -- werden eingeführt, um beide Raumkoordinaten zu diskretisieren. Die Zeitdiskretisierung erfolgt mittels expliziter Runge-Kutta-Schemata, und die Selbstkonsistenz mit der Poisson-Gleichung wird durch den Gummel-Algorithmus erreicht. Zudem wird die MSA integriert, um die Methode auf zweidimensionale Simulationen zu erweitern. Eine umfassende Validierung wird an kanonischen Quantenbauelementen durchgeführt. Für eine RTD reproduziert die DG-Methode stationäre und transiente Charakteristika mit hoher Genauigkeit, einschließlich Schaltverhalten unter Nichtgleichgewichtsbedingungen. Intrabandtransport in einem TFET und Interbandtransport in einer RITD bestätigen die physikalische Korrektheit der Dichtematrizen sowie des Strom-Spannungs-Verhaltens. Letztlich wird der zweidimensionale Transport in einem DGFET simuliert, wobei eine exzellente Übereinstimmung mit NEGF-Referenzen erzielt wird -- bei gleichzeitig deutlich reduzierten Laufzeiten. HPC-Aspekte werden systematisch untersucht. Laufzeitanalysen zeigen, dass DG-Methoden Standard-Finite-Volumen-Schemata konsistent übertreffen, insbesondere bei Nutzung expliziter Zeitintegration. Ressourcenmanagement-Strategien verdeutlichen, dass funktionale Programmierung den Speicherverbrauch drastisch reduziert und Parallelisierung ermöglicht, allerdings auf Kosten der Laufzeit, während Slope-Limiter-Techniken die Genauigkeit erhöhen und die Konvergenz in selbstkonsistenten Simulationen beschleunigen. Insgesamt erweist sich die Variante DGDG als das effizienteste Schema unter gleichen Fehlertoleranzen.
Endgruppenfunktionalisierte Poly(2-R-2-oxazoline) zum Design neuartiger Hochpolymere, Netzwerke und antimikrobieller Polymere
(2026) Benski, Lena; Tiller, Jörg C.; Weberskirch, Ralf
Poly(2-R-2-oxazoline) (POx) bilden eine vielseitige Polymerisationsklasse und können für ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten eingesetzt werden. Hierbei lag der Fokus bisher oft auf der Variation des Polymerrückgrats und es wurden diverse funktionelle Seitengruppen in die Polymerketten eingebaut. Da POx über eine lebende kationische Ringöffnungspolymerisation polymerisiert werden, können auch an den Polymerenden gezielt funktionelle Gruppen eingebaut werden. Dies eröffnet ein großes Potential für weitere Anwendungsgebiete von POx. Im Rahmen dieser Arbeit wurden POx mit diversen Endgruppen beidseitig ausgestattet, um neuartige Hochpolymere, Netzwerke und antimikrobielle Polymere zu designen. Zunächst wurden die POx mit Hydroxyl-, Amino-, Thiol- und Acrylatendgruppen versetzt, um Makromonomere mit zwei funktionellen Endgruppen zu gewinnen. Diese wurden dann in diversen Stufenreaktionen polymerisiert. So konnte gezeigt werden, dass sich POx mit lebenden Kettenenden direkt verlinken lassen und dass POx zu Polyurethanen, Polyestern und Polyamiden, sowie über Michael-Additionen polymerisiert werden können. Dabei konnten Hochpolymere mit Molekülargewichten von bis zu etwa Mn = 12000 g·mol-1 und bis zu 12 Makrowiederholungseinheiten erfolgreich hergestellt werden. Die bifunktionellen POx wurden ebenfalls als Makroverlinker mit Poly(2-ethylhexylacrylat) in amphiphilen Polymerconetzwerken (APCNs) eingesetzt. Durch die Untersuchung der in Wasser und Toluol gequollenen APCNs mittels Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) ist es erstmals gelungen die Topologie der gequollenen Netzwerke zu bestimmen. Dabei hat sich gezeigt, dass nur die Poly(2-ethylhexylacrylat)-Phase ein homogenes Quellverhalten durch das gesamte Netzwerk hindurch aufweist. Die PMOx-Phase hingegen liegt teilweise isoliert im gequollenen Netzwerk vor. Diese Erkenntnis ist vor allem für die Anwendung von APCNs als Trägersysteme von Bedeutung. Werden Poly(2-methyl-2-oxazoline) (PMOx) mit quartären Ammoniumendgruppen ausgestattet, weisen sie eine hohe antimikrobielle Wirksamkeit gegen Gram-positive Bakterienstämme auf. Durch die Hydrolyse des Polymerrückgrats zu Polyethylenimin (PEI) konnte die antimikrobielle Wirksamkeit gegen Gram-negative Stämme erweitert werden. Die Untersuchung des Wirkmechanismus zeigte einen synergetischen Effekt zwischen dem Polymerrückgrat und den Endgruppen, welcher die antimikrobielle Wirksamkeit sowohl gegen Gram-negative als auch Gram-positive Bakterienstämme erhöht.
Structure-based design, synthesis and biological characterization of isoform-selective covalent-allosteric Akt inhibitors
(2026) Pervanidis, Kosmas Alexandros; Rauh, Daniel; Wu, Peng
Akt is a serine/threonine kinase that serves as a central regulator of the PI3K/mTORC signaling pathway and plays a critical role in cell survival and metabolism. Dysregulation of Akt is frequently associated with cancer, making it an attractive therapeutic target. However, the three highly homologous Akt isoforms (Akt1, Akt2 and Akt3) perform distinct biological functions, while currently available inhibitors lack isoform selectivity, resulting in off-target effects and limited clinical success. This dissertation aimed to develop isoform-selective covalent-allosteric Akt inhibitors to enable more precise therapeutic modulation. To address the limited structural information available for Akt2 and Akt3, homology modeling, sequence analysis and molecular docking were integrated into a structure-guided drug design strategy. A modular synthetic approach enabled the preparation of a focused library of new inhibitors designed to exploit subtle structural differences within the allosteric pockets of the Akt isoforms. Comprehensive biochemical characterization using HTRF assays, together with NanoBRET target engagement studies, identified potent Akt2-, Akt3- and dual Akt2/Akt3-selective inhibitors. Functional selectivity was further confirmed by CTG cell viability assays in an Akt1-sensitive cellular model and Western blot analyses, while protein mass spectrometry demonstrated covalent target engagement. Moreover, co-crystal structures obtained using an engineered Akt1 construct mimicking the Akt2 allosteric pocket provided detailed structural insights into ligand binding and the molecular basis of isoform selectivity. Collectively, this work establishes covalent-allosteric inhibition as a viable strategy for achieving Akt isoform selectivity and provides a structural and medicinal chemistry framework for the rational development of next-generation precision kinase inhibitors.
Advancing catalysis by colloidal metal nanoparticles
(2026) Lehmann, Florian; Vogt, Dieter; Freund, Hannsjörg
The significant improvement of cost, energy, and material efficiency in chemical processes is the goal of process intensification, with catalysis playing a crucial role. To achieve this, new catalysts are continuously developed and initially tested. A highly active research subtopic focuses on the synthesis of nanoparticles and their catalytic application on a laboratory scale. However, transfer to continuous processes often remains unrealized. Despite extensive development efforts, specific challenges persist for certain catalytic transformations like selective partial hydrogenations of polyenes and alkynes. Newly developed catalysts and preparation methods enable unprecedented innovation in the design and intensification of novel chemical production processes. The present work combines the use of partly newly synthesized colloidal, solvent-stabilized nanocatalysts with elements of all levels of process intensification. In a holistic, hierarchical development approach, operation in a continuous reactor shall be enabled. At the molecular level, various colloidal nanocatalysts are tested for their applicability in the selective partial hydrogenation of different substrates. Investigations into structural changes of the catalyst material are included. At the phase level, an alternative microwave-based heating method for Suzuki couplings using a similar catalytic system is examined. The most promising catalyst system is then applied to establish a reaction sequence at the process-unit level. In a tandem catalytic system, the selective hydrogenation of fatty acid methyl esters followed by isomerizing methoxycarbonylation is analyzed regarding compatibility of both reaction steps in terms of solvent choice, gas-phase change, and subsequent catalyst activation. At the plant level, the combination of a reactor with a mass-transfer unit is realized: Selective partial hydrogenation of fatty acid methyl esters in a capillary reactor with gas-liquid slug flow is coupled with continuous gas replenishment via permeation. This should maintain favorable slug-flow characteristics along the entire reactor length, offering transferability to similar reactions involving homogeneous liquid phases with reactive gases.