수성 에어로빅 조건에서 태양광 구동 H2 생산을 위한 광전지-코발록시메 하이브리드 개발

요약

우리는 직접 코발트 색소 코어에 스틸베인 기반유기염료를 통합하여 광촉매_H2 생산을 위한 광감작촉매 염료를 생성했습니다. 우리는 또한 광촉매 어셈블리에 의해 빛 구동 H₂ 생산을 평가하기위한 간단한 실험 설정을 개발했다.

초록

광촉매_H2 생산 장치 개발은 글로벌_H2기반 신재생 에너지 인프라를 구축하기 위한 주요 단계 중 하나입니다. 광감작제와 코발록시메이 기반_H2 생산 촉매가 함께 작동하여 빛 에너지를 H-H 화학 결합으로 변환하는 광활성 어셈블리가 많이 등장했습니다. 그러나 이러한 어셈블리의 장기적인 불안정성과 위험한 양성자 소스의 필요성으로 인해 사용이 제한되었습니다. 이 작품에서는 스틸베인 기반의 유기 염료를 독특한 축 피리딘 링키지를 통해 코발트시메 코어 의 주변에 통합했습니다. 이 전략을 통해 우리는 동일한 분자 프레임 워크를 가진 광감작기 촉매 하이브리드 구조를 개발할 수 있었습니다. 이 문서에서는, 우리는 그것의 포괄적인 화학 특성 화 이외에 이 하이브리드 분자의 합성의 상세한 절차를 설명했습니다. 구조 및 광학 연구는 코발록시메 코어와 유기 광감작제 사이의 강렬한 전자 상호 작용을 나타냈다. 코발록시임은 양성자 원천으로서 물의 존재에서도_H2 생산을 위해 활성화되었다. 여기에서, 우리는 이 하이브리드 단지에 의한 광촉매 활동의 조사를 위해 온라인 H₂ 검출기와 연결된 간단한 밀폐 시스템을 개발했습니다. 이러한 광감작제-촉매 분해능은 자연광선에 노출되면 지속적으로_H2를 생산하였다. 하이브리드 복합체에 의한 이러한 광촉매_H2 생산은 완전한 호기성 조건 하에서 희생 전자 공공의 존재 하에서 수성/유기 혼합물 매체에서 관찰되었다. 따라서, 광촉매 촉매 다이아드와 함께 이 광촉매 측정 시스템은 차세대 광촉매_H2 생산 장치의 개발을 위한 귀중한 통찰력을 제공한다.

서론

현대 사회에서 석탄, 석유 및 천연 가스와 같은 화석 연료는 에너지의 대부분을 공급합니다. 그러나, 그들은 지구 기후에 부정적인 영향을 미치는 에너지 수확 동안_CO2의 풍부한 양을 생산^1. 향후 몇 년 동안, 인구의 지속적인 성장과 인간의 라이프 스타일에 지속적인 개선에 따라 전 세계적으로 에너지 수요의 가파른 상승이 예측된다. 따라서, 글로벌 에너지 요구 사항에 부합하는 적합한 대체 에너지 자원에 대한 적극적인 검색이 있다. 태양열, 풍력, 조력과 같은 재생 에너지 자원은 환경 친화적 인 제로 탄소 에너지 변환 프로세스^2로인해 최고의 솔루션 중 하나로 부상했습니다. 그러나 이러한 에너지 자원의 간헐적인 특성으로 인해 지금까지 광범위한 응용이 제한되었습니다. 이 문제의 가능한 해결책은 생물학에서 찾을 수 있습니다. 태양 에너지는 광합성 동안 화학 에너지로 효율적으로^{변환됩니다 3.} 이 단서에 따라, 연구원은 작은 분자 활성화 반응의 수에 따라 화학 결합에 태양 에너지를 저장하기위한 인공 광합성 전략을^개발4,5. H2 분자는 ....

프로토콜

1. 광감작제 - 촉매 하이브리드의 합성

1. 촉매 전구체 Co (dmg)_2Cl2 복합체의 합성
   참고: 이 복합체는 보고된 프로시저^29의수정된 버전에 따라 합성되었습니다.
   1. 27 mL의 아세톤에 디메틸글리옥시메(dmg) 리간드(이 반응에서 2개 등가물)의 232 mg(1 mmol)을 용해시다.
   2. 118 mg(0.5 mmol)의 CoCl₂∙6H₂O(이 반응에서 1개)를 3 mL의 탈이온수에 각각 용해하여 분홍색 용액을 생성한다.
   3. 수성 CoCl₂ 용액을 실온에서 연속 교반하여 dmg을 함유하는 아세톤 용액에 현명하게 첨가합니다.
   4. 용액 색상의 변화를 면밀히 모니터링하여 금속 첨가 후 순차적으로 푸르스름한 녹색으로 바뀝니다.
   5. 2 시간 동안 반응을 계속하십시오.
   6. 반응 혼합물을 40등급 필터 페이퍼를 통해 걸러내고 여과액을 밤새 4°C로 유지합니다.
   7. 다음날, 용액으로부터 Co(dmg)_2Cl2 복합체(cobaloxime)의 녹색 침전물(cobaloxi....

결과

이 작품에서, 스틸베인 광감작자-코발록시메 하이브리드복합체(C1)는코발트 코어에 축리간으로 유래된 피리딘 모티프(L1)를 고정시킴으로써 성공적으로 합성되었다. 하이브리드 복합체의 ^1HNMR 데이터는 동일한 복합체에서 코발록시임 및 유기 염료 양성자 모두의 존재를 명확하게 입증했다. 도 2에도시된 바와 같이, 업필드형 알리파틱 영역은 각각 δ(ppm) 2.34 및 2.97에서 적절한 비율로 옥시메 바운드 메틸 및 스틸베인 N-디메틸 양성자 신호의 존재를 강조했다. 스틸벤 골격으로부터의 방향족적이고 독특한 아일릭 양성자 신호는 6.74-7.82 δ(ppm) 영역에서 목격되었고, 이는 도 2의인세트에서 상세히 강조되었다. 코발록시메 코어의 안정성은 멀리 떨어진 필드 영역(~12.47 δ(ppm))에서 옥시메 모에티에서 분자 내 수소 결합의 존재에 의.......

토론

유기 광감작제 스틸베인 모에티는 축 피리딘 링키지를 통해 코발트시메 코어에 성공적으로통합되었다(그림 1). 이 전략을 통해 우리는 광감광소이저-코발록시메 하이브리드 컴플렉스 C1을고안할 수 있었습니다. 동일한 분자 프레임워크에서 옥시메 및 유기 염료의 존재는 C1의 단결정 구조로부터 명백하였다(도4). 스틸베인 모티프의 페닐 및 피리딘 기능은 알릴체그룹을 통해 길쭉한 컨쥬게이션을 통해 동일한 평면에 존재했다. 유기 염료의 이들 가변 기들 간의 상호작용은 ^1HNMR 데이터에 의해 부식된 용액 단계에서도 계속되었다(도2). 스틸베인 분자는 피리딘^{N-말단(32)에}접합된 방향족-아일릭 네트워크를 통해 강한 전자 푸시를 나타낼 수 있는 디메틸 아민 그룹을 함.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
1mm 직경의 유리질 탄소 디스크 전극	ALS Co., Limited, Japan	2412	1
Acetone	SD fine chemicals	25214L10	27 mL
Ag/AgCl 기준 전극	ALS Co., Limited, Japan	12171	1
Co(dmg)2Cl2	Lab 합성	NA	100 mg
CoCl2.6H2O	시그마 Aldrich	C2644	118 mg
d6 dmso	Leonid Chemicals	D034EAS	650 µ L
정수 시스템의 탈이온수	NA	NA	500 mL
디메틸 포름 아미드	SRL 화학 물질	93186	5 mL
디메틸 글리옥심	시그마 알드리치	40390	232 mg
기밀 주사기	SGE 주사기 Leur lock	21964	1
MES 버퍼	시그마	M8250	195 mg
메탄올	Finar	67-56-1	15 mL
백금 상대 전극	ALS Co., Limited, Japan	2222	1
Stilbene Dye	Lab 합성	NA	65 mg
TBAF (Tetra-n-butylammonium fluoride)	TCI Chemicals	T1338	20 mg
Triethanolamine	Finar	102-71-6	1 mL
Triethylamine	Sigma Aldrich	T0886	38 &마이크로; L
Trifluoroacetic 산	Finar	76-05-1	10 µ L
Whatman 여과지	GE 헬스케어	1001125	2