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

여기서는 물을 양성자 원천으로 사용하여 물에서 수소를 생산할 수 있는 포토카탈리시스템을 개발하고 있습니다. 둘째, 우리는 완전히 에어로빅 상태에서 시스템을 안정화하고 싶습니다. 우리 시스템의 청사진은 생물학을 기반으로합니다.

생물학은 광시스템을 사용하여 태양 에너지를 수확하여 화학 에너지를 생산합니다. 우리는 합성 배경에서 그 시스템을 모방 할 것입니다. 여기, 우리의 시스템은 세 가지 중요한 부분으로 구성됩니다.

첫째, 간단한 유기 염료에 불과 하지 않습니다 광감제있을 것입니다. 둘째, 양성자로부터 수소를 생산하는 코발트 기반 촉매가 있을 것이다. 그리고 이 전체 분자 하이브리드의 세 번째 중요한 부분은 광시스템과 촉매를 연결하는 링커가 될 것입니다.

이 링커는 코발옥시메 링커와 고정될 피리딘 모티프에 불과한 유기 분자의 확장이 될 것입니다. 전체 실험 세그먼트는 세 부분으로 나뉩니다. 첫 번째는 복합체의 합성 절차입니다.

두 번째는 단지의 특성입니다. 세 번째는 에어로빅 조건에서 햇빛 아래에서 수소 생산을위한이 단지의 응용 프로그램입니다. 먼저 우리는 코발옥시메의 합성을 시작합니다.

처음에는 아세톤을 가지고 있습니다. 그런 다음 디메틸리옥시메를 넣고 교반을 통해 녹입니다. 다른 한편으로는, 우리는 코발트 염소염의 수성 용액을 취합니다.

코발트 염소염의 수성 용액은 디메틸리옥시메의 아세톤 용액에 드롭와이즈로 첨가되었다. 처음에는 솔루션이 파란색으로 되어 서서히 푸른 녹색으로 바뀝니다. 그런 다음 2 시간 동안 반응 한 후 용액을 필터링하고, 여과는 밤에 섭씨 4도에서 유지되었다.

그런 다음 녹색 침전을 얻었습니다. 합성의 두 번째 단계에서 우리는 우리가 첫 번째 단계에서 합성 된 코발옥시메를 사용할 것입니다. 여기에서, 우리는 실제로 축 위치에 있는 cobaloxime에 추가할 것입니다 pyridine 링커가 있는 우리의 광석 염료를 사용할 것입니다.

합성의 두 번째 단계에서, 먼저 우리는 색상의 녹색인 코발녹시메의 금속 용액을 취합니다. 그런 다음 용액의 색상을 갈색으로 천천히 변경하고 투명한 갈색 색상 솔루션이 될 트리에틸라민 베이스의 1 개의 동등한 부분을 추가합니다. 그런 다음, 우리는 그것에 광감제 염료의 1 개의 동등한을 추가한 다음 3 시간 동안 용액을 저어줍니다.

반 시간 후, 우리는 솔루션에서 나오는 침전수를보기 시작했다. 우리는 Whatman 40 필터 용지의 여과를 통해 3 시간의 실험 후에이 침전물을 꺼낼 수 있습니다. 그런 다음 침전소는 차가운 메탄올로 세척되었습니다.

이어서, 침전은 클로로폼을 첨가하여 용액 형태로 수집되었다. 이 단계에서 얻은 갈색 색용액은 광석-코발옥시메 하이브리드 복합체의 갈색 색제품을 얻기 위해 실온에서 서서히 증발하였다. 그래서, 특성화 부분에서, 우리는 먼저 Deuterated DMSO에 있는 단지를 해체하고, 단지의 양성자 스펙트럼을 얻었습니다.

그래서, 여기에 양성자 스펙트럼입니다. 알리팔리아지 영역은 디메틸리옥시메의 양성자:12 양성자, 광석제6마리의 양성자로 구성된다. 방향족 지역은 주로 PS 염료를 차지하고, 디메틸리옥시메의 두 양성자.

여기에, 우리는 모든 양성자가 그에 따라 할당되는 방향족 지역을 강조하고 있습니다. 다음으로, 우리는 우리 단지의 광학 분광학을 했습니다. 우리는 복합체를 최대 20 마이크로몰라를 일렬로 희석한 다음 이 UV 분광광계에서 광학 스펙트럼을 기록했습니다.

우리는 UV 스펙트럼을 보면, 우리는 단지에 오는 두 개의 중요한 밴드가 볼 수 있습니다. 첫째, UV 영역에서는 파이에서 파이 스타 전환에 이르는 밴드가 보입니다. 그리고 둘째, LMC 전환을 위한 가시 영역에서 하나의 밴드.

우리가 광석제 및 코발옥시메 복합체의 시작 재료와 비교하면 우리는 우리가 우리의 하이브리드 단지에 대해 관찰이 피크를 볼 수 있습니다 시작 재료와 명확하게 다르다. 여기서 우리는 클로로폼 용액에서 광촉매-코발옥시메 하이브리드 복합체의 단일 결정을 거쳤습니다. 그런 다음, 우리는 이 갈색 색의 결정을 diffract, 그래서 하나의 결정은 디락토미터를 빠져 나갔습니다.

단일 결정 디프리토계로부터 얻은 구조는, 우리는 공액 피리딘 링커를 통해 광석제에 결합하는 코발옥시메 복합체를 명확하게 볼 수 있다. 코발트와 질소 피리딘 링커 본드 거리는 1.965 angstrom이며, 이는 유사한 항아리의 유사한 복합체와 매우 유사합니다. 우리는 표준 3 전극 메커니즘에서 코발트 -광감제 하이브리드 시스템의 전기 화학을 수행했다.

첫 번째 전극은 작동 전극으로, 반경 1밀리미터에 불과한 유리 탄소 디스크 전극에 불과합니다. 이 유리 탄소 디스크 전극은 125 미칸 알루미늄 분말로 철저히 연마되었으며 사용 전에 탈이온화 된 물로 세척되었습니다. 이어서, 은은염화물 기준 전극, 및 백금 또는 카운터 전극과 함께 3개의 전극 시스템에서 조립되었다.

이어서, 용액은 실제 실험 전에 질소로 탈퇴되었다. 그런 다음, 우리는 우리 단지의 사이클링 voltammogram을 기록했습니다. 첫째, 우리는 DMF 솔루션에서 시작했습니다.

우리는 무음 지역에서 스캔을 시작하고 천천히 음극 지역으로 이동했습니다. 그리고 우리는 몇 가지 stoichiometric 봉우리 참조. 그런 다음 용액에 물을 추가하면 음극 피크 중 하나가 강도가 증가합니다.

이는 아마도 그 중심에 있는 수소 생산 때문일 수 있습니다. 나중에 우리가 동일한 용액에 산을 추가 할 때, 그 전류는 더 증가 할 것입니다. 그래서 분명히 물이있는 코발트 복합체는 광광장이있는 수소 생산을 위해 활성화 될 수 있음을 보여줍니다.

이 단지는 이상적인 햇빛과 호기성 조건에서 광촉매 수소 생산을 위해 연구되었습니다. 폐쇄형 시스템에서는 7H23 DMF 물에 용존하는 광세제 코발트 하이브리드 복합체가 있으며 희생 전자 기증자가 추가되었습니다. 이 폐쇄형 시스템은 수소 검출기에 연결되었기 때문에 용액으로부터 수소를 지속적으로 모니터링할 수 있습니다.

PS 촉매 하이브리드가 햇빛에 노출되었을 때, 이러한 설정에서 수소의 지속적인 성장을 관찰했습니다. 수소의 축적은 연속적이었고, 지연 기간은 발견되지 않았다. 우리는 가스 크로마트로그래피, 또는 GC, 실험을 통해 수소의 형성을 추가로 확인했습니다.

우리는 주사기를 통해 헤드 스페이스 가스를 수집하고, 수소에 대한 신호를 관찰하기 위해 GC에 주입했다. GC의 수소 ID는 제어 및 빈 주입을 사용한 보완적인 실험으로 확인되었다. 여기서, 우리는 우리가 같은 분자에 함께 포토 시스템과 촉매를 포함 성공적인 모델을 합성했다.

반응의 전반적인 메커니즘은 아마도 광감제의 흥분에서 시작. 햇빛이 걸리는 곳, 그리고 흥분 상태에 도착. 흥분 상태에서 전자를 잃는다.

전자를 잃은 후, 희생 전자 기증자로부터 전자를 받아 다시 지상 상태로 오는 양전하 이온이됩니다. 한편, 방출된 전자는 아마도 링커를 통해 촉매로 이동했을 것입니다. 촉매 시스템에서는 전자를 받으면 감소 된 상태로 이동합니다.

그리고 감소된 상태에서, 촉매의 주기를 완료하기 위해, 수소를 생산하기 위해 양성자와 반응한다. 이 프로젝트에서는 물에서 직접 수소를 생산할 수 있는 광감제 코발트 촉매 하이브리드 시스템을 성공적으로 개발했습니다. 그리고 이 수소 생산은 지연 기간 없이 1시간 동안 지속적으로 발생합니다.

그리고이 전체 시스템은 유산소 조건에서 안정적이고 활성화되어 있습니다.