Name: 开发用于在水有条件条件下进行太阳能驱动 H2生产的光敏剂-钴氧混合剂 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-10-05T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 21 s
Description: 探索光敏剂-钴氧混合剂在好氧条件下光催化产氢的方法。该仿生系统利用有机染料和钴基催化剂，以水为质子源，实现太阳能驱动的高效可持续氢气生产。

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本研究得到了印度甘地讷格尔印度理工学院和印度政府的资助。我们还感谢科学与工程研究委员会（SERB）提供的校外资助（文件编号：EMR/2015/002462）。

1. 光敏剂-催化剂杂化物的合成
<ol>
	<li>催化剂前体 Co(dmg)2Cl2 配合物的合成 
	注：该配合物的合成采用文献报道方法的改进版本29。
	<ol>
		<li>将 232 mg（1 mmol）二甲基乙二肟（dmg）配体（本反应中为两当量）溶解于 27 mL 丙酮中。</li>
		<li>将 118 mg（0.5 mmol）CoCl2∙6H2O（本反应中为一当量）单独溶解于 3 mL 去离子水中，形成粉红色溶液。</li>
		<li>在持续搅拌下，将上述水相 CoCl2 溶液逐滴加入含 dmg 的丙酮溶液中，反应在室温下进行。</li>
		<li>密切观察溶液颜色变化，加入金属后溶液将依次变为蓝绿色。</li>
		<li>继续反应 2 h。</li>
		<li>用 40 级滤纸过滤反应混合物，并将滤液在 4 °C 下静置过夜。</li>
		<li>次日，从溶液中析出绿色沉淀 Co(dmg)2Cl2 配合物（钴肟），用 40 级滤纸过滤收集该沉淀。</li>
		<li>将样品在空气中干燥。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>光敏剂（PS）-钴肟杂化物的合成 
	注：基于茋的光敏剂（PS）按文献报道方法合成28。以下为 PS-催化剂杂化配合物的合成步骤。
	<ol>
		<li>将 100 mg（0.277 mmol）钴肟（一当量）（按步骤 1 合成）加入 5 mL 甲醇中，形成绿色悬浮液。</li>
		<li>在持续搅拌下，向该绿色悬浮液中加入 38 µL（0.277 mmol）三乙胺（TEA）碱（一当量），溶液将在 1 min 内变为透明的棕色。</li>
		<li>向上述含 TEA 的甲醇钴溶液中加入 65 mg（0.277 mmol）固态茋类染料（一当量）。</li>
		<li>继续搅拌 3 h，密切观察溶液变化，将依次生成红棕色沉淀，即 PS-钴肟杂化物。</li>
		<li>用 40 级滤纸过滤收集红棕色沉淀，并用大量冷甲醇（20 mL）洗涤。</li>
		<li>将沉淀溶于氯仿（10 mL）中，收集红棕色滤液。</li>
		<li>在室温下使用旋转蒸发仪减压蒸除溶剂。</li>
		<li>收集所得红棕色固体产物［实测产率：76 mg（65%）］。</li>
		<li>在室温下从氯仿溶液中重结晶产物，使氯仿缓慢挥发，得到红棕色晶体配合物。</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. 光敏剂-钴肟配合物杂化体系的表征
<ol>
	<li>NMR 表征
	<ol>
		<li>将 5.0 mg 纯化的 PS-钴肟杂化配合物溶解于 650 μL 的 d6-DMSO 中。</li>
		<li>在室温下使用核磁共振波谱仪记录 1H NMR 谱图。 
		注：1H NMR 信号以 δ（ppm）为单位，括号内为相应质子数、归属及分裂模式（s = 单峰，d = 双峰，m = 多重峰），具体如下：1H NMR：2.34（12H，-dmg-CH3，s），2.97（6H，-dye-N-(CH3)2，s），6.74（2H，染料芳环，d），6.84（1H，烯丙基-H，d），7.48（5H，四个染料芳环质子，一个烯丙基-H，m），7.82（2H，染料芳环，d），18.47（2H，dmg-NOH，s）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>紫外-可见光谱分析
	<ol>
		<li>通过将适量称量的配合物溶于溶剂中，制备 1.0 mM 的 PS-钴肟配合物 N,N′-二甲基甲酰胺（DMF）溶液。</li>
		<li>用空白 DMF 将上述溶液稀释 10 倍，得到 0.1 mM 的杂化配合物 DMF 溶液。</li>
		<li>再用空白 DMF 稀释 5 倍，得到 20 μM 的杂化配合物 DMF 溶液。</li>
		<li>使用分光光度计记录 20 μM PS-钴肟配合物溶液的光学光谱。 
		注：紫外-可见吸收峰（λ/nm），括号内为相应的摩尔消光系数（ε /M-1cm-1），具体如下：266（13400）和 425（14600）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>单晶结构测定
	<ol>
		<li>在 5 mL 氯仿中制备 0.2 M 的 PS-催化剂杂化配合物浓溶液。将该氯仿溶液静置 3 天，生长出红棕色（立方）晶体。</li>
		<li>挑选一颗合适的晶体，使用低温保护剂（例如石蜡油）将其固定在低温环上。</li>
		<li>在衍射仪上于 298 K 条件下收集该杂化配合物的单晶衍射数据。</li>
		<li>使用 SADABS 程序中的多扫描法对数据进行经验吸收校正30。</li>
		<li>采用直接法（SHELXS-97）解析结构，并基于 F2 采用全矩阵最小二乘法（SHELXL-2014）进行精修31。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>电化学研究
	<ol>
		<li>样品制备
		<ol>
			<li>在含有 0.1 M 四正丁基氟化铵（n-Bu4N+F−/TBAF）的 HPLC 级 DMF 中制备 1 mM 的 PS-催化剂杂化配合物溶液。</li>
			<li>将步骤 1 中制备的样品溶液 2 mL 加入电化学池（体积 5 mL）中。</li>
			<li>向溶液中通入 N2 气体 30 分钟以除去氧气。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>电极制备
		<ol>
			<li>使用水性 0.25 μm 氧化铝浆料在抛光垫上对直径为 1 mm 的玻碳圆盘工作电极进行抛光。</li>
			<li>用大量去离子水彻底冲洗抛光后的电极。</li>
			<li>将清洁的工作电极放入电化学池中。</li>
			<li>将 Ag/AgCl（1.0 M AgNO3 中）参比电极和铂（Pt）丝对电极置于电化学池中。</li>
			<li>将所有电极正确连接至恒电位仪。</li>
		</ol>
		</li>
		<li>数据采集
		<ol>
			<li>在开始电化学实验前停止通入 N2 气体。</li>
			<li>在电化学池中保持样品溶液上方持续通入 N2 气流。</li>
			<li>以适当的扫描速率（本实验采用 0.1 V/s）记录样品的循环伏安图（CV），扫描方向从阳极至阴极。</li>
			<li>分别向体系中加入适量水（DMF 中含 30% 水）和三氟乙酸（TFA）（8 μL 10 倍稀释的纯 TFA），重复上述实验。</li>
			<li>向样品溶液中加入二茂铁，记录相应的循环伏安图。以二茂铁电对（FeCp2+/0 = 0 V vs. 二茂铁）校准电位标度，所有采集的数据均以内标二茂铁电对为参考。因此，本文中提及的所有电位值均以内标二茂铁电对为基准。</li>
	</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. 光敏剂-催化剂杂化体系在阳光下的催化产 H2
<ol>
	<li>光催化 H2 PS-催化剂杂化复合物的产率
	<ol>
		<li>在双颈试管中，用10 mL 70:30的DMF-水溶液（pH 7，0.1 M MES缓冲液）配制0.2 mM PS-催化剂杂化复合物。</li>
		<li>加入1 mL三乙醇胺（TEOA）作为牺牲电子供体至样品溶液中。</li>
		<li>用密封隔垫封闭试管的两个开口。</li>
		<li>将此装置与 H 连接2 配备合适管路连接的检测器 
		注意：H2 检测器有两个管路连接口，其中一个作为输入口，通过内置检测器测量H的含量2 （以 ppm 为单位）存在于样品中。测得的气体样品随后通过输出管路重新连接至反应容器。</li>
		<li>将装置置于阳光下30分钟，并监测H2 通过检测器的产率</li>
	</ol>
	</li>
	<li>监测太阳能驱动的H2 通过气相色谱法（GC）进行产物分析
	<ol>
		<li>使用气密性注射器收集1 mL顶空气体。</li>
		<li>将收集的气体注入气相色谱仪（GC）中。</li>
		<li>监测所得的气相色谱图。</li>
		<li>向置于暗处的对照样品中采集的1 mL顶空气体进行注射。</li>
		<li>从含有1% H的校准标准气体混合物中注入1 mL气体2.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

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</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

通过轴向吡啶连接，成功将有机光敏剂芪基团引入到钴肟核心中（图1）。该策略使我们能够设计出一种光敏剂-钴肟杂化配合物C1。单晶结构分析结果表明，在同一分子骨架中同时存在肟基和有机染料结构单元（C1的单晶结构，图4）。芪基团中的苯基和吡啶基团通过烯丙基的延伸共轭体系处于同一平面。这些有机染料中不同官能团之间的相互作用在溶液相中依然持续存在，这得到了1H NMR 数据的支持（图2）。该芪分子含有一个二甲氨基团，可通过共轭的芳香-烯丙基网络向吡啶N端提供强烈的电子推效应32。这种电子相互作用预期可增强N-吡啶对轴向配位钴肟配合物C1中钴中心的σ-给电子能力。在C1中，钴肟核心的LMCT吸收带发生明显改变，同时芪基团的π‒π*跃迁出现红移，表明金属中心与光敏剂模块之间...

在当今世界，煤炭、石油和天然气等化石燃料提供了大部分能源。然而，这些能源在能量获取过程中会释放大量 CO2，对全球气候产生负面影响1。未来几年，随着人口持续增长和人类生活水平不断提高，全球能源需求预计将急剧上升。因此，人们正在积极寻找合适的替代能源，以满足全球能源需求。太阳能、风能和潮汐能等可再生能源因其环境友好且实现零碳能量转换而成为最具前景的解决方案之一2。然而，这些能源的间歇性特征在很大程度上限制了其广泛应用。生物学为此问题提供了可能的解决思路：在光合作用过程中，太阳能被高效地转化为化学能3。受此启发，研究人员已开发出人工光合作用策略，通过一系列小分子活化反应将太阳能储存于化学键中4,5。其中，H2 分子因其高能量密度和简单的化学转化特性，被认为是最具吸引力的化学载体之一6,7。
在活性太阳能驱动的 H2 生成体系中，光敏剂和 H2 生成催化剂的存在至关重要。本研究将重点关注基于钴的分子配合物——二甲基乙二肟合钴（cobaloxime）作为催化部分。通常情况下，在二甲基乙二肟合钴中，六配位的钴中心以四齿 N4 平面正方形几何构型与二甲基乙二肟（dmg）配体结合。互补的 Cl- 离子、溶剂分子（如水或乙腈）或吡啶衍生物则配位于剩余的轴向位置8。二甲基乙二肟合钴长期以来被用于高效的 H2 电催化生成，其反应活性可通过在轴向吡啶上引入不同的官能团进行调控9,10,11,12。由于其合成相对简单、在催化条件下对氧气具有耐受性以及适中的催化响应，研究人员已开始探索其在光催化 H2 生成中的反应活性。Hawecker 团队率先利用基于 Ru(多吡啶) 的光敏剂，展示了二甲基乙二肟合钴在光照下生成 H2 的活性13。Eisenberg 及其同事则采用基于铂（Pt）的无机光敏剂，与二甲基乙二肟合钴催化剂协同实现光催化 H2 生成14,15。随后，Che 团队使用有机金光敏剂重现了类似的催化活性16。Fontecave 和 Artero 通过引入基于铱（Ir）的分子，进一步拓展了可用光敏剂的范围17。然而，由于这些光催化体系依赖昂贵的金属基光敏剂，其实际应用面临瓶颈。Eisenberg 和 Sun 研究团队分别独立开发了基于有机染料的光驱动 H2 生成系统，以应对这一挑战18,19。尽管上述所有体系均成功实现了光驱动 H2 生成，但总体催化转换次数相对较低20。在所有这些体系中，光敏剂和二甲基乙二肟合钴分子均以独立组分形式加入溶液，二者之间缺乏直接的相互作用，可能限制了系统的整体效率。为解决此问题，研究人员开发了多种光敏剂-二甲基乙二肟合钴双功能分子（dyads），其中多种光敏剂通过轴向吡啶配体直接连接至二甲基乙二肟合钴核心21,22,23,24,25,26。Sun 及其同事甚至成功构建了一种不含贵金属的装置，采用 Zn-卟啉结构作为光敏剂24。最近，Ott 及其同事成功将二甲基乙二肟合钴催化剂嵌入金属有机框架（MOF）中，并在有机染料存在下实现了光催化 H2 生成27。然而，将高分子量的光敏剂引入二甲基乙二肟合钴框架后，降低了其水溶性，并影响了双功能分子在催化条件下的长期稳定性。在催化过程中，由于水是质子的丰富来源，双功能分子在水相条件下的稳定性尤为关键。因此，迫切需要开发一种水溶性好、空气稳定的光敏剂-二甲基乙二肟合钴双功能分子体系，以建立高效且经济的光驱动 H2 生成系统。
在此项工作中，我们固定了一种基于茋的有机染料28 通过轴向吡啶连接基团将光敏剂连接至钴肟核心（图1）。染料的低分子量确保了其偶联物具有更好的水溶性。该联苯乙烯-钴肟杂化分子通过光学和 1H NMR 谱学及其单晶结构解析。电化学数据揭示了其在电催化产氢中的活性2 即使附加了有机染料，该钴肟结构仍能产氢。该杂化配合物表现出显著的光驱动H2 在存在适当牺牲性电子供体的30:70水/DMF（N,N′-二甲基甲酰胺）溶液中，暴露于直射阳光下时，该杂化结构未发生降解，同时实现了产氢，光学光谱研究进一步证实了这一结果。一种简单的光催化装置，由H组成2 检测器在杂化复合物的光催化过程中被采用，该过程展示了持续的 H₂ 产生2 在无任何初始滞后期的水相有氧条件下产生气体。因此，这种杂化复合物有望成为开发下一代太阳能驱动H₂生产的基石2 用于高效可再生能源利用的产能催化剂。

<table><tbody><tr><td>1 mm 直径玻璃碳圆盘电极</td><td>ALS Co., Limited, Japan</td><td>2412</td><td>1</td></tr><tr><td>丙酮</td><td>SD fine chemicals</td><td>25214L10</td><td>27 mL</td></tr><tr><td>Ag/AgCl 参比电极</td><td>ALS Co., Limited, Japan</td><td>12171</td><td>1</td></tr><tr><td>Co(dmg)&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;Cl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>实验室合成</td><td>NA</td><td>100 mg</td></tr><tr><td>CoCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;.6H&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;O</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C2644</td><td>118 mg</td></tr><tr><td>d&lt;sup&gt;6&lt;/sup&gt; dmso</td><td>Leonid Chemicals</td><td>D034EAS</td><td>650 &amp;micro;L</td></tr><tr><td>纯水系统制备的去离子水</td><td>NA</td><td>NA</td><td>500 mL</td></tr><tr><td>二甲基甲酰胺</td><td>SRL Chemicals</td><td>93186</td><td>5 mL</td></tr><tr><td>二甲基乙二肟</td><td>Sigma Aldrich</td><td>40390</td><td>232 mg</td></tr><tr><td>气密注射器</td><td>SGE 注射器 Leur lock</td><td>21964</td><td>1</td></tr><tr><td>MES 缓冲液</td><td>Sigma</td><td>M8250</td><td>195 mg</td></tr><tr><td>甲醇</td><td>Finar</td><td>67-56-1</td><td>15 mL</td></tr><tr><td>铂对电极</td><td>ALS Co., Limited, Japan</td><td>2222</td><td>1</td></tr><tr><td>茋类染料</td><td>实验室合成</td><td>NA</td><td>65 mg</td></tr><tr><td>TBAF（四正丁基氟化铵）</td><td>TCI Chemicals</td><td>T1338</td><td>20 mg</td></tr><tr><td>三乙醇胺</td><td>Finar</td><td>102-71-6</td><td>1 mL</td></tr><tr><td>三乙胺</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T0886</td><td>38 &amp;micro;L</td></tr><tr><td>三氟乙酸</td><td>Finar</td><td>76-05-1</td><td>10 &amp;micro;L</td></tr><tr><td>Whatman 滤纸</td><td>GE Healthcare</td><td>1001125</td><td>2</td></tr></tbody></table>

开发用于太阳能驱动产氢的光敏剂-钴肟杂化体系2 在水相有氧条件下的生产

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

开发光催化H2 生产装置是构建全球H的关键步骤之一2基于可再生能源的基础设施。已开发出多种光敏组装体系，其中包含光敏剂和基于钴肟的H2 产氢催化剂协同作用，将光能转化为H-H化学键。然而，这些组装体的长期不稳定性以及对有害质子源的需求限制了其应用。本文中，我们通过独特的轴向吡啶连接方式，将一种基于茋的有机染料整合到钴肟核心的外围，从而构建出具有相同分子骨架的光敏剂-催化剂杂化结构。本文详细阐述了该杂化分子的合成步骤及其全面的化学表征。结构与光学研究表明，钴肟核心与有机光敏剂之间存在强烈的电子相互作用。该钴肟化合物在H2 即使以水为质子源，也能实现产氢。在此，我们开发了一种简单的密闭系统，并与在线H2 用于通过该杂化复合物研究光催化活性的检测器。实验装置中包含的这种光敏剂-催化剂二元体系持续产生 H2 一旦暴露在自然阳光下，这种光催化H2 在完全有氧条件下，于牺牲性电子供体存在时的水/有机混合介质中，观察到该杂化复合物的产氢现象。因此，该光催化测量系统连同光敏剂-催化剂二元体系，为下一代光催化产氢体系的开发提供了有价值的见解2 生产装置

在此研究中，一种芪类光敏剂-钴肟配合物杂化体系（C1）通过固定有机染料（L1)衍生的吡啶基团作为轴向配体与钴中心配位。 1杂化配合物的¹H NMR数据明确表明，在同一配合物中同时存在钴肟和有机染料的质子。如图所示 图2，高场区的脂肪族区域分别在 δ (ppm) 2.34 和 2.97 处清晰显示出肟结合的甲基和芪类 N-二甲基质子信号，且比例适当。来自芪类骨架的芳香族及独特的烯丙基质子信号出现在 6.74–7.82 δ (ppm) 区域，该区域在插图中被详细标出 图2钴肟核心的稳定性体现在肟基团内分子内氢键的存在，在远下场区域约 12.47 δ (ppm) 处有明显信号11杂合复合物的光学光谱 C1 表现出两个主要信号（图3）。在紫外区，于266 nm处观察到一个明显的信号，该信号类似于源自...

我们将基于茋的有机染料直接引入钴肟核心，构建了一种用于光催化产氢的光敏剂-催化剂双功能分子2 生产。我们还开发了一种简单的实验装置，用于评估光驱动的H2 光催化组装的产物生成。

开发光催化产氢装置是构建全球氢能可再生能源体系的关键步骤之一。A number ...

在此，我们正在开发一种光催化系统，该系统能够以水作为质子源，从水中产生氢气。其次，我们希望在完全有氧条件下稳定该系统。我们系统的蓝图基于生物学原理。生物学也使用光系统，通过捕获太阳能来产生化学能。我们将在合成体系中模拟这一系统。在此，我们的系统将包含三个重要部分。首先，将有一种光敏剂，它只是一种简单的有机染料。其次，将有一种基于钴的催化剂，能够从质子中产生氢气。而整个分子杂化体系的第三个重要部分是连接基团，它将连接光敏系统与催化剂。该连接基将是有机分子的延伸部分，实际上就是一个吡啶基团，它将与钴肟连接基结合。整个实验部分分为三个阶段。第一部分是该配合物的合成步骤。第二个是该配合物的表征。第三个是此配合物在有氧条件下利用太阳光进行产氢的应用。首先我们开始合成钴肟配合物。首先取丙酮，然后加入二甲基乙二肟，通过搅拌使其溶解。另一方面，取氯化钴的水溶液。将氯酸钴水溶液逐滴加入二甲基乙二肟的丙酮溶液中。最初溶液呈蓝色，随后逐渐变为蓝绿色。反应两小时后，将溶液过滤，并将滤液在4摄氏度下静置过夜。然后我们得到了一种绿色沉淀物。在合成的第二步中，我们将使用在第一步中合成的钴肟配合物。这里，我们将使用我们的光敏染料，该染料实际上含有一个吡啶连接基团，它将加成到钴肟配合物的轴向位置上。在合成的第二步中，首先取我们所制备的钴肟金属溶液，该溶液呈绿色。然后向其中加入一当量的三乙胺碱，溶液颜色会逐渐变为棕色，最终形成透明的棕色溶液。接着，向溶液中加入一当量的光敏剂染料，随后将溶液搅拌三小时。半小时后，我们开始观察到溶液中有沉淀析出。经过三小时的实验后，通过 Whatman 40 滤纸过滤收集该沉淀。随后，用冷甲醇洗涤沉淀。然后，通过向沉淀中加入氯仿，将其以溶液形式收集。此步骤中得到的棕色溶液在室温下缓慢蒸发，从而获得光敏剂-钴肟杂化配合物的棕色产物。因此，在表征部分，我们首先将该配合物溶解于氘代DMSO中，并获得了该配合物的核磁共振氢谱。因此，这是一张质子谱图。脂肪族区域包含两种类型的质子：来自二甲基乙二肟的12个质子和来自光敏剂的6个质子。芳香族区域主要对应光敏染料（PS dye）以及来自二甲基乙二肟的两个质子。此处我们重点展示芳香区，其中所有质子均已相应归属。接下来，我们对配合物进行了光谱分析。将配合物逐级稀释至20 µM，然后在该紫外分光光度计中记录其光吸收光谱。如果观察紫外光谱，我们可以看到有两个重要的吸收带进入该配合物。首先，在紫外区出现一个吸收带，可能源于π到π*的跃迁；其次，在可见光区出现另一个吸收带，对应于配体到金属的电荷转移（LMC）跃迁。如果我们将该结果与光敏剂和钴肟配合物的起始原料进行比较，可以看出，我们观察到的杂化配合物的峰明显不同于起始原料。在此，我们已从氯仿溶液中获得了光催化剂-钴肟杂化配合物的单晶。随后，我们对这种棕色晶体进行了衍射分析，因此单晶被送入了衍射仪中。通过单晶衍射仪获得的结构中，我们可以清楚地看到钴肟配合物通过轴向的吡啶连接基团与光敏剂结合。此处钴与吡啶氮原子之间的键距为1.965 Å，与类似体系中的类似配合物非常接近。我们对钴-光敏剂杂化体系在标准三电极体系中进行了电化学表征。第一个电极为工作电极，即一个半径为一毫米的玻碳圆盘电极。该玻碳圆盘电极在使用前需用125微米的氧化铝粉末彻底抛光，并用去离子水清洗。随后，将其与银/氯化银参比电极以及铂对电极共同组装成三电极体系。然后，在正式实验前用氮气对溶液进行脱气处理。接着，我们记录了该配合物的循环伏安图。首先，我们在DMF溶液中开始实验。我们从阳极区域开始扫描，并缓慢移向阴极区域。可以看到几个化学计量峰。随后，当向溶液中加入水时，其中一个阴极峰的强度增加。这可能是由于该中心产生了氢气。当我们向同一溶液中加入酸后，电流进一步增大，从而证实了这一点。因此，这明确表明在水存在的情况下，钴配合物在光敏剂存在时能够催化氢气的生成。该配合物在理想日光及有氧条件下被研究用于光催化产氢。在一个密闭系统中，将光敏剂-钴杂化配合物溶解于7H23 DMF水溶液中，并加入牺牲性电子供体。该密闭系统连接至氢气检测器，从而可连续监测溶液中产生的氢气。在此实验装置中，当PS催化剂杂化材料暴露于阳光下时，我们观察到氢气持续生成。氢气的积累是连续的，未观察到滞后期。我们进一步通过气相色谱（GC）实验确认了氢气的生成。我们已通过注射器收集顶空气体，并将其注入气相色谱仪以检测氢气信号。通过对照实验和空白进样等补充实验，确认了气相色谱中氢气的身份。在此，我们成功构建了一个模型，将光合作用系统与催化剂共同整合于同一分子中。该反应的整体机理可能始于光敏剂的激发。光敏剂吸收 sunlight 后进入激发态。在激发态下，它失去一个电子。失去电子后，它会变成带正电荷的离子，并从牺牲性电子供体处获取一个电子，从而重新回到基态。另一方面，释放出的电子可能通过连接臂传递到催化剂。在催化体系上，一旦获得电子，催化剂便进入还原态。在还原状态下，它与质子反应生成氢气，从而完成催化循环。在本项目中，我们成功开发了一种光敏剂-钴催化剂杂化体系，可直接从水中产生氢气。该产氢过程可持续进行一小时，且无任何诱导期。并且该完整系统在有氧条件下稳定且具有活性。

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科研

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化学

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