Artykuł metodologiczny

Opracowanie hybryd fotouczulacza i kobaloksymu do produkcjiH2 napędzanej energią słoneczną w wodnych warunkach tlenowych

DOI:

10.3791/60231

⸱

5 października 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Chemistry Discipline, Indian Institute of Technology Gandhinagar, 2Chemistry Department, Uka Tarsadia University, 3Applied Sciences Department, BML Munjal University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bezpośrednio włączyliśmy organiczny barwnik na bazie stylbenu do rdzenia kobaloksymu, aby wygenerować diadę fotosensybilizatora-katalizatora do fotokatalitycznej produkcji H2. Opracowaliśmy również prosty układ eksperymentalny do oceny produkcjiH2 sterowanej światłem przez montaże fotokatalityczne.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rozwój fotokatalitycznych urządzeń do produkcjiH2 jest jednym z kluczowych kroków do budowy globalnej infrastruktury energii odnawialnej opartej naH2. Pojawiło się wiele zespołów fotoaktywnych, w których fotouczulacz i katalizatory do produkcjiH2 na bazie kobaloksymu współpracują ze sobą, przekształcając energię świetlną w wiązania chemiczne H-H. Jednak długotrwała niestabilność tych zespołów i potrzeba niebezpiecznych źródeł protonów ograniczyły ich zastosowanie. Tutaj, w tej pracy, zintegrowaliśmy organiczny barwnik na bazie stylbenu na obrzeżach rdzenia kobaloksymu za pomocą wyraźnego osiowego wiązania pirydynowego. Strategia ta pozwoliła nam opracować hybrydową strukturę fotosensybilizatora i katalizatora o tym samym schemacie molekularnym. W tym artykule wyjaśniliśmy szczegółową procedurę syntezy tej cząsteczki hybrydowej wraz z jej kompleksową charakterystyką chemiczną. Badania strukturalne i optyczne wykazały intensywną interakcję elektronową między rdzeniem kobaloksymu a organicznym fotosensybilizatorem. Kobaloksym był aktywny do produkcjiH2 nawet w obecności wody jako źródła protonów. W tym przypadku opracowaliśmy prosty, hermetyczny system połączony z detektorem H2 online do badania aktywności fotokatalitycznej tego kompleksu hybrydowego. Ta diada fotouczulacz-katalizator obecna w układzie eksperymentalnym w sposób ciągły wytwarzałaH2 po wystawieniu na działanie naturalnego światła słonecznego. Tę fotokatalityczną produkcjęH2 przez kompleks hybrydowy obserwowano w pożywkach wodno-organicznych w obecności ofiarnego donora elektronów w pełnych warunkach tlenowych. W związku z tym ten system pomiaru fotokatalizy wraz z diadą fotosensybilizator-katalizator dostarczają cennych informacji dla rozwoju urządzeń do produkcji fotokatalitycznejH2 nowej generacji.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We współczesnym świecie paliwa kopalne, takie jak węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny, dostarczają większość energii. Jednak podczas pozyskiwania energii wytwarzają one duże ilościCO2, co negatywnie wpływa na globalny klimat1. Przewiduje się, że w nadchodzących latach na całym świecie nastąpi gwałtowny wzrost zapotrzebowania na energię w związku z ciągłym wzrostem liczby ludności i ciągłą poprawą stylu życia ludzi. W związku z tym prowadzone są aktywne poszukiwania odpowiedniego alternatywnego źródła energii, które zaspokoi globalne zapotrzebowanie na energię. Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna, wiatrowa i pływowa, okazały się jednym z najlepszych rozwiązań ze względu na przyjazny dla środowiska proces transdukcji energii o zerowej emisji dwutlenku węgla2. Jednak nieciągły charakter tych zasobów energetycznych do tej pory ograniczał ich szerokie zastosowanie. Możliwe rozwiązanie tego problemu można znaleźć w biologii; Energia słoneczna jest efektywnie przekształcana w energię chemiczną podczas fotosyntezy3. Podążając za tą wskazówką, naukowcy opracowali sztuczne strategie fotosyntezy do magazynowania energii słonecznej w wiązaniach chemicznych po wielu reakcjach aktywacji małych cząsteczek4,5. Cząsteczka H2 została uznana za jeden z najbardziej atrakcyjnych wektorów chemicznych ze względu na ich wysoką gęstość energii i prostotę ich przemiany chemicznej6,7.

Obecność fotosensybilizatora i katalizatora produkcyjnego H2 jest niezbędna dla aktywnej konfiguracji produkcji H2 napędzanej energią słoneczną. W tej pracy skupimy się na kompleksie molekularnym kobaloksymu na bazie kobaltu dla segmentu katalitycznego. Zazwyczaj skoordynowane sześciokątnie centrum kobaltu jest związane w kwadratową płaską geometrię N4, pochodzącą z ligandów dimetyloglioksymu (dmg), w kobaloksymach. Komplementarne jony Cl-, cząsteczki rozpuszczalnika (takie jak woda lub acetonitryl) lub pochodne pirydyny ligują w resztkowych pozycjach osiowych8. Kobaloksymy są od dawna znane z aktywnej elektrokatalizy wytwarzającejH2, a ich reaktywność można dostroić, dodając zmienne funkcje do osiowej pirydyny9,10,11,12. Stosunkowo nieskomplikowane syntezy, tolerancja tlenu w warunkach katalitycznych i umiarkowana odpowiedź katalityczna kobaloksymów skłoniły naukowców do zbadania ich fotokatalitycznej reaktywności produkcjiH2. Grupa Hawecker była pionierem w wykazaniu sterowanej światłem aktywności produkcyjnejH2 kobaloksymów poprzez wykorzystanie fotosensybilizatorów na bazie Ru(polipirydylu)13. Eisenberg i jego współpracownicy wykorzystali nieorganiczne fotosensybilizatory na bazie platyny (Pt) do indukowania fotokatalitycznej produkcji H2 w połączeniu z katalizatorami kobaloksymowymi14,15. Później grupa Che wykorzystała fotosensybilizator ze złota organicznego do replikacji podobnej aktywności16. Fontecave i Artero rozszerzyły gamę fotouczulaczy, stosując cząsteczki na bazie irydu (Ir)17. Praktyczne zastosowania tych systemów fotokatalitycznych zmierzały w kierunku zahamowania ze względu na zastosowanie drogich fotouczulaczy na bazie metali. Grupy badawcze Eisenberga i Suna przeciwstawiły się temu, niezależnie opracowując organiczne, sterowane fotowolną produkcją barwników H218,19. Pomimo udanej produkcji H2 sterowanej fotografią przez wszystkie te systemy, zaobserwowano, że ogólne obroty katalityczne były stosunkowo powolne20. We wszystkich tych przypadkach cząsteczki fotouczulacza i kobaloksymu zostały dodane jako oddzielne ugrupowania w roztworze, a brak bezpośredniej komunikacji między nimi mógł utrudnić ogólną wydajność systemu. Aby rozwiązać ten problem, opracowano szereg diad fotosensybilizator-kobaloksym, w których różne fotosensybilizatory były bezpośrednio połączone z rdzeniem kobaloksymu za pośrednictwem osiowego ligandu pirydyny21,22,23,24,25,26. Sun i jego współpracownicy odnieśli nawet sukces w opracowaniu urządzenia wolnego od metali szlachetnych, wprowadzając motyw Zn-porfiryny jako fotosensybilizator24. Ostatnio Ott i jego współpracownicy z powodzeniem włączyli katalizator kobaloksymu do struktury metaloorganicznej (MOF), która wykazywała fotokatalityczną produkcjęH2 w obecności barwnika organicznego27. Jednak włączenie fotosensybilizatorów o dużej masie cząsteczkowej do struktury kobaloksymu zmniejszyło rozpuszczalność w wodzie, wpływając jednocześnie na długoterminową stabilność diad w warunkach katalitycznych. Stabilność aktywnych diad w warunkach wodnych podczas katalizy jest kluczowa, ponieważ wszechobecna woda jest atrakcyjnym źródłem protonów podczas katalizy. W związku z tym istnieje poważna potrzeba opracowania rozpuszczalnego w wodzie, stabilnego w powietrzu systemu diady fotouczulacza i kobaloksymu, aby stworzyć wydajną i ekonomiczną konfigurację do produkcji H2 sterowaną foto.

Tutaj w tej pracy zakotwiczyliśmy organiczny barwnik na bazie stilbenu28 jako fotosensybilizator do rdzenia kobaloksymu za pomocą osiowego łącznika pirydyny (Rysunek 1). Niewielka masa cząsteczkowa barwnika zapewniła lepszą rozpuszczalność barwnika w wodzie. Ta hybrydowa cząsteczka stilbenu i kobaloksymu została szczegółowo scharakteryzowana za pomocą spektroskopii optycznej i spektroskopii 1H NMR wraz z wyjaśnieniem jej struktury monokrystalicznej. Dane elektrochemiczne ujawniły aktywną elektrokatalityczną produkcjęH2 przez motyw kobaloksymu nawet z dołączonym barwnikiem organicznym. Ten kompleks hybrydowy wykazywał znaczną produkcję H2 sterowaną fotowoltaicznie po wystawieniu na bezpośrednie działanie promieni słonecznych w obecności odpowiedniego ofiarnego dawcy elektronów w roztworze woda/DMF (N,N′-dimetyloformamid) w proporcji 30:70 woda/DMF bez degradacji struktury hybrydowej, uzupełnionej badaniami spektroskopii optycznej. Proste urządzenie fotokatalityczne, składające się z detektoraH2, zostało wykorzystane podczas fotokatalizy kompleksu hybrydowego, które wykazało ciągłą produkcję gazuH2 w wodnych warunkach tlenowych bez żadnego wstępnego okresu opóźnienia. W związku z tym ten hybrydowy kompleks ma potencjał, aby stać się bazą do opracowania nowej generacji napędzanych energią słoneczną katalizatorów produkcyjnychH2 do efektywnego wykorzystania energii odnawialnej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Synteza hybrydy fotosensybilizatora i katalizatora

  1. Synteza prekursora katalizatora Co(dmg)2Cl2 complex
    UWAGA: Kompleks ten został zsyntetyzowany zgodnie ze zmodyfikowaną wersją zgłoszonej procedury29.
    1. Rozpuścić 232 mg (1 mmol) ligandu dimetyloglioksymu (dmg) (dwa równoważniki w tej reakcji) w 27 ml acetonu.
    2. Rozpuść 118 mg (0,5 mmol) CoCl2∙6H2O (jeden odpowiednik w tej reakcji) w 3 ml wody dejonizowanej oddzielnie, która daje różowy roztwór.
    3. Dodawać kroplami wodny roztwór CoCl2 do roztworu acetonu zawierającego dmg, ciągle mieszając w temperaturze pokojowej.
    4. Uważnie monitoruj zmianę koloru roztworu, który po dodaniu metalu kolejno zmieni kolor na niebieskawo-zielony.
    5. Kontynuuj reakcję przez 2 godziny.
    6. Przefiltrować mieszaninę reakcyjną przez bibułę filtracyjną klasy 40 i utrzymywać filtrat w temperaturze 4 °C przez noc.
    7. Następnego dnia uzyskać zielony osad kompleksu Co(dmg)2Cl2 (kobaloksym) z roztworu i przefiltrować go przez bibułę filtracyjną klasy 40.
    8. Wysuszyć próbkę pod powietrzem.
  2. Synteza hybrydy fotouczulacza (PS)-kobaloksymu
    UWAGA: Fotosensybilizator (PS) na bazie stilbenu został zsyntetyzowany zgodnie z opisaną metodą28. Następujące kroki wykonano w przypadku syntezy hybrydowego kompleksu PS-katalizator.
    1. Dodać 100 mg (0,277 mmol) kobaloksymu (jeden równoważnik) (zsyntetyzowany w kroku 1) w 5 ml metanolu. Utworzy zieloną zawiesinę.
    2. Dodać 38 μl (0,277 mmol) zasady trietyloaminy (TEA) (jeden równoważnik) do zielonej zawiesiny, ciągle mieszając. Roztwór zmieni kolor na przezroczysty brązowy po upływie 1 minuty.
    3. Dodać 65 mg (0,277 mmol) stałego barwnika stilbenowego (jeden odpowiednik) do wcześniej wspomnianego roztworu kobaltu w TEA.
    4. Kontynuuj mieszanie przez 3 godziny. Uważnie obserwuj zmiany w roztworze, który kolejno wytrąca się czerwonawo-brązowy osad hybrydy PS-kobaloksymu.
    5. Przefiltrować czerwono-brązowy osad bibułą filtracyjną klasy 40 i przemyć go dużą ilością zimnego metanolu (20 ml).
    6. Rozpuścić osad w chloroformie (10 ml) i zebrać czerwono-brązowy filtrat.
    7. Odparować filtrat pod zmniejszonym ciśnieniem za pomocą rotavapor o temperaturze pokojowej.
    8. Zebrać stały czerwonawo-brązowy produkt [Obserwowana wydajność: 76 mg (65%)].
    9. Rekrystalizuje się produkt z roztworu chloroformu w temperaturze pokojowej, gdzie chloroform powoli odparowuje, tworząc czerwono-brązowe kryształy kompleksu.

2. Charakterystyka hybrydy fotosensybilizatora i kobaloksymu

  1. Charakterystyka NMR
    1. Rozpuścić 5,0 mg oczyszczonego kompleksu hybrydowego PS-kobaloksym w 650 μl d6-DMSO.
    2. Zapisać 1H NMR w spektrometrze NMR w temperaturze pokojowej.
      UWAGA: Sygnały 1H NMR, w jednostkach δ (ppm) z odpowiednią liczbą protonów, ich tożsamością i wzorem podziału w nawiasach (s = singlet, d = dublet, m = multiplet), są następujące: 1H NMR: 2,34 (12H, -dmg-CH3, s), 2,97 (6H, -dye-N-(CH3)2, s), 6,74 (2H, barwnikowo-aromatyczny, d), 6,84 (1H, allil-H, d), 7,48 (5H, cztery barwniki aromatyczne, jeden allilowy-H, m), 7,82 (2H, barwnik aromatyczny, d), 18,47 (2H, dmg-NOH, s).
  2. Spektroskopia UV-VIS
    1. Przygotować 1,0 mM roztwór kompleksu PS-kobaloksymu w N,N′-dimetyloformamidzie (DMF), dodając odpowiednio odważoną ilość kompleksu do rozpuszczalnika.
    2. Rozcieńczyć roztwór 10 razy ślepą próbą DMF, aby wytworzyć 0,1 mM roztwór kompleksu hybrydowego w DMF.
    3. Następnie rozcieńczyć go 5 razy ślepą próbą DMF, aby wytworzyć 20 μM roztwór kompleksu hybrydowego w DMF.
    4. Zapisać widma optyczne roztworu kompleksu PS-kobaloksymu 20 μM za pomocą spektrofotometru.
      UWAGA: Piki UV-Vis (λ/nm), z odpowiadającym im molowym współczynnikiem ekstynkcji (ε /M-1 cm-1) w nawiasach, są następujące: 266 (13400) i 425 (14600).
  3. Oznaczanie struktury monokrystalicznej
    1. Przygotować zagęszczoną 0,2 M próbkę kompleksu hybrydowego PS-katalizator w 5 ml chloroformu. Wyhoduj czerwonawo-brązowe (sześcienne) kryształy kompleksu z tego roztworu chloroformu przez 3 dni.
    2. Wybierz odpowiedni kryształ kompleksu i zamontuj na kriopętli za pomocą krioprotektantu (np. oleju Paratone).
    3. Zebrać dane dyfrakcji monokryształów dla kompleksu hybrydowego w temperaturze 298 K na dyfraktometrze.
    4. Zastosuj empiryczną poprawkę absorpcji do danych, stosując metodę multi-scan w programowaniu SADABS30.
    5. Rozwiąż strukturę metodami bezpośrednimi za pomocą SHELXS-97 i uściślij za pomocą metod najmniejszych kwadratów pełnej macierzy na F2 przy użyciu SHELXL-201431.
  4. Badania elektrochemiczne
    1. Przygotowanie próbki
      1. Przygotować 1 mM roztwór kompleksu hybrydowego PS-katalizator w DMF klasy HPLC zawierającym 0,1 M fluorku tetra-N-butyloamonu (n-Bu4N+F−/TBAF).
      2. Umieścić 2 ml roztworu próbki przygotowanego w kroku 1 w ogniwie elektrochemicznym (objętość 5 ml).
      3. Przedmuchiwać gaz N2 przez roztwór przez 30 minut, aby usunąć tlen.
    2. Przygotowanie elektrod
      1. Wypoleruj szklistą elektrodę roboczą z tarczą węglową o średnicy 1 mm pastą z tlenku glinu o grubości 0,25 μm przygotowaną w wodzie na padzie polerskiej.
      2. Dokładnie wypłucz wypolerowaną elektrodę dużą ilością wody dejonizowanej.
      3. Umieść czystą elektrodę roboczą w ogniwie elektrochemicznym.
      4. Umieść elektrodę odniesienia Ag/AgCl (w 1,0 M AgNO3) i przeciwelektrodę z drutu platynowego (Pt) w ogniwie elektrochemicznym.
      5. Podłącz wszystkie elektrody odpowiednio do potencjostatu.
    3. Zbieranie danych
      1. Zatrzymaj przedmuchiwanie gazemN2 przed eksperymentem elektrochemicznym.
      2. Utrzymywać ciągły przepływN2 powyżej roztworu próbki w ogniwie elektrochemicznym.
      3. Rejestruj cykliczne woltammogramy (CV) próbki, zaczynając od kierunku anodowego do kierunku katodowego z odpowiednią szybkością skanowania (w tym eksperymencie zastosowano szybkość skanowania 0,1 V/s).
      4. Powtórz powyższy eksperyment, dodając odpowiednio odpowiednie ilości wody (30% wody w DMF) i kwasu trifluorooctowego (TFA) (8 μL 10x rozcieńczonego czystego TFA).
      5. Dodać ferrocen do roztworu próbki i zapisać odpowiedni CV. Dostosuj skalę potencjału z parą ferrocenów (FeCp2+/0 = 0V vs. ferrocen) dla wszystkich zebranych danych. W związku z tym wszystkie potencjalne wartości wymienione w tej pracy zostały wewnętrznie odniesione do pary ferrocenieńskiej.

3. Produkcja katalitycznego H2 przez hybrydę fotosensybilizatora i katalizatora w świetle słonecznym

  1. Fotokatalityczna produkcjaH2 przez hybrydowy kompleks PS-katalizator
    1. Przygotować 0,2 mM kompleksu hybrydowego PS-katalizator w 10 ml wody DMF o sile 70:30 (bufor o pH 7, 0,1 MES) w probówce z dwiema szyjkami.
    2. Dodać 1 ml trietanoloaminy (TEOA) jako ofiarnego donora elektronów do roztworu próbki.
    3. Zamknij dwa otwory probówki szczelną przegrodą.
    4. Połącz tę konfigurację z detektoremH2 za pomocą odpowiednich przyłączy przewodów.
      UWAGA: DetektorH2 posiada dwa połączenia rurowe. Jeden z nich działa jako dane wejściowe, które przechodzą przez wbudowany detektor w celu zmierzenia ilościH2 (w jednostkach ppm) obecnego w próbce. Zmierzona próbka gazu jest następnie łączona z powrotem z naczyniem reakcyjnym za pomocą rurki wyjściowej.
    5. Umieść zestaw w świetle słonecznym na 30 minut i monitoruj szybkość produkcjiH2 za pomocą detektora.
  2. Monitorowanie produkcjiH2 napędzanej energią słoneczną za pomocą chromatografii gazowej (GC)
    1. Zebrać 1 ml gazu w przestrzeni nad głową za pomocą gazoszczelnej strzykawki.
    2. Wstrzyknąć zebrany gaz do przyrządu do chromatografii gazowej (GC).
    3. Monitorować otrzymany chromatograf gazowy.
    4. Wstrzyknąć 1 ml gazu w przestrzeni nadpowierzchniowej pobranego z próbki kontrolnej umieszczonej w ciemności.
    5. Wstrzyknąć 1 ml gazu ze skalibrowanej mieszaniny gazów wzorcowych zawierającej 1%H2.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W tej pracy, hybrydowy kompleks fotosensybilizatora i kobaloksymu (C1) został pomyślnie zsyntetyzowany poprzez zakotwiczenie motywu pirydyny pochodzącego z barwnika organicznego (L1) jako osiowego liganda do rdzenia kobaltu. Dane 1H NMR kompleksu hybrydowego wyraźnie wykazały obecność zarówno protonów kobaloksymu, jak i barwnika organicznego w tym samym kompleksie. Jak pokazano w Rysunek 2, obszar alifatyczny w górnym polu podkreślił obecność zaró...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Organiczny fotouczulacz ugrupowanie stylbenowe udało się wprowadzić do rdzenia kobaloksymu za pośrednictwem osiowego wiązania pirydynowego (ryc. 1). Ta strategia pozwoliła nam opracować hybrydowy kompleks fotouczulaczająco-kobaloksymowy C1. Obecność zarówno oksymu, jak i barwnika organicznego w tym samym szkielecie molekularnym była oczywista ze struktury monokrystalicznej C1 (ryc. 4). Funkcje fenylu i pirydyny motywu stilbenu i...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wsparcie finansowe zostało zapewnione przez IIT Gandhinagar i Rząd Indii. Pragniemy również podziękować za dofinansowanie zaoczne zapewnione przez Radę Badań Naukowych i Inżynieryjnych (SERB) (sygn. EMR/2015/002462).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Elektroda ze szklistym krążkiem węglowym o średnicy 1 mmALS Co., Limited, Japonia24121
AcetonSD chemikalia wysokowartościowe25214L1027 ml
Ag/AgCl elektroda referencyjnaALS Co., Limited, Japonia12171
1 Co(dmg)2Cl2Lab syntetyzowanyNA100 mg
CoCl2.6H2OSigma AldrichC2644118 mg
d6 dmsoLeonid ChemicalsD034EAS650 &mikro; L
Woda dejonizowana z systemu oczyszczania wodyNANA500 ml
DimetyloformamidSRL Chemikalia931865 ml
Glioksym dimetylowySigma Aldrich40390232 mg
Strzykawka gazoszczelnaStrzykawka SGE Leur lock219641
BuforMES SigmaM8250195 mg
MetanolFinar67-56-115 ml
platynowa przeciwelektrodaALS Co., Limited, Japonia22221
Stilbene DyeLab zsyntetyzowanyNA65 mg
TBAF (fluorek tetra-n-butyloamonu)TCI ChemicalsT133820 mg
TrietanoloaminaFinar102-71-61 ml
TrietyloaminaSigma AldrichT088638 &mikro; L
Kwas trifluorooctowyFinar76-05-110 &mikro; L
Bibuła filtracyjna WhatmanGE Healthcare10011252

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chu, S., Majumdar, A. Opportunities and challenges for a sustainable energy future. Nature. 488 (7411), 294-303 (2012).
  2. Lewis, N. S., Nocera, D. G. Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (43), 15729-15735 (2006).
  3. Faunce, T. A., et al. Energy and environment policy case for a global project on artificial photosynthesis. Energy and Environmental Science. 6 (3), 695-698 (2013).
  4. Artero, V., Fontecave, M. Solar fuels generation and molecular systems: is it homogeneous or heterogeneous catalysis. Chemical Society Reviews. 42 (6), 2338-2356 (2013).
  5. Artero, V. Bioinspired catalytic materials for energy-relevant conversions. Nature Energy. 2, 17131(2017).
  6. Ball, M., Wietschel, M. The future of hydrogen - opportunities and challenges. International Journal of Hydrogen Energy. 34 (2), 615-627 (2009).
  7. da Silva Veras, T., Mozer, T. S., da Costa Rubim Messeder dos Santos, D., da Silva César, A. Hydrogen: Trends, production and characterization of the main process worldwide. International Journal of Hydrogen Energy. 42 (4), 2018-2033 (2017).
  8. Artero, V., Fontecave, M. Some general principles for designing electrocatalysts with hydrogenase activity. Coordination Chemistry Reviews. 249 (15), 1518-1535 (2005).
  9. Razavet, M., Artero, V., Fontecave, M. Proton Electroreduction Catalyzed by Cobaloximes: Functional Models for Hydrogenases. Inorganic Chemistry. 44 (13), 4786-4795 (2005).
  10. Landrou, G., Panagiotopoulos, A. A., Ladomenou, K., Coutsolelos, A. G. Photochemical hydrogen evolution using Sn-porphyrin as photosensitizer and a series of Cobaloximes as catalysts. Journal of Porphyrins and Phthalocyanines. 20, 534-541 (2016).
  11. Panagiotopoulos, A., Ladomenou, K., Sun, D., Artero, V., Coutsolelos, A. G. Photochemical hydrogen production and cobaloximes: the influence of the cobalt axial N-ligand on the system stability. Dalton Transactions. 45 (15), 6732-6738 (2016).
  12. Wakerley, D., Reisner, E. Development and understanding of cobaloxime activity through electrochemical molecular catalyst screening. Physical Chemistry Chemical Physics. 16 (12), 5739-5746 (2014).
  13. Hawecker, J., Lehn, J. M., Ziessel, R. Efficient homogeneous photochemical hydrogen generation and water reduction mediated by cobaloxime or macrocyclic cobalt complexes. Nouveau Journal de Chimie. 7 (5), 271-277 (1983).
  14. Du, P., Knowles, K., Eisenberg, R. A Homogeneous System for the Photogeneration of Hydrogen from Water Based on a Platinum(II) Terpyridyl Acetylide Chromophore and a Molecular Cobalt Catalyst. Journal of the American Chemical Society. 130 (38), 12576-12577 (2008).
  15. Du, P., Schneider, J., Luo, G., Brennessel, W. W., Eisenberg, R. Visible Light-Driven Hydrogen Production from Aqueous Protons Catalyzed by Molecular Cobaloxime Catalysts. Inorganic Chemistry. 48 (11), 4952-4962 (2009).
  16. To, W. P., et al. Luminescent Organogold(III) Complexes with Long-Lived Triplet Excited States for Light-Induced Oxidative C-H Bond Functionalization and Hydrogen Production. Angewandte Chemie International Edition. 51 (11), 2654-2657 (2012).
  17. Zhang, P., et al. Phosphine Coordination to a Cobalt Diimine–Dioxime Catalyst Increases Stability during Light-Driven H2 Production. Inorganic Chemistry. 51 (4), 2115-2120 (2012).
  18. McCormick, T. M., et al. Reductive Side of Water Splitting in Artificial Photosynthesis: New Homogeneous Photosystems of Great Activity and Mechanistic Insight. Journal of the American Chemical Society. 132 (44), 15480-15483 (2010).
  19. Zhang, P., et al. Photocatalytic Hydrogen Production from Water by Noble-Metal-Free Molecular Catalyst Systems Containing Rose Bengal and the Cobaloximes of BFx-Bridged Oxime Ligands. The Journal of Physical Chemistry C. 114 (37), 15868-15874 (2010).
  20. Dalle, K. E., Warnan, J., Leung, J. J., Reuillard, B., Karmel, I. S., Reisner, E. Electro- and Solar-Driven Fuel Synthesis with First Row Transition Metal Complexes. Chemical Reviews. 119 (4), 2752(2019).
  21. Fihri, A., Artero, V., Razavet, M., Baffert, C., Leibl, W., Fontecave, M. Cobaloxime-Based Photocatalytic Devices for Hydrogen Production. Angewandte Chemie International Edition. 47 (3), 564-567 (2008).
  22. Li, C., Wang, M., Pan, J., Zhang, P., Zhang, R., Sun, L. Photochemical hydrogen production catalyzed by polypyridyl ruthenium-cobaloxime heterobinuclear complexes with different bridges. Journal of Organometallic Chemistry. 694 (17), 2814-2819 (2009).
  23. Mulfort, K. L., Tiede, D. M. Supramolecular Cobaloxime Assemblies for H2 Photocatalysis: An Initial Solution State Structure-Function Analysis. The Journal of Physical Chemistry B. 114 (45), 14572-14581 (2010).
  24. Zhang, P., Wang, M., Li, C., Li, X., Dong, J., Sun, L. Photochemical H2 production with noble-metal-free molecular devices comprising a porphyrin photosensitizer and a cobaloxime catalyst. Chemical Communications. 46 (46), 8806-8808 (2009).
  25. McCormick, T. M., Han, Z., Weinberg, D. J., Brennessel, W. W., Holland, P. L., Eisenberg, R. Impact of Ligand Exchange in Hydrogen Production from Cobaloxime-Containing Photocatalytic Systems. Inorganic Chemistry. 50 (21), 10660-10666 (2011).
  26. Veldkamp, B., Han, W. S., Dyar, S., Eaton, S., Ratner, M., Wasielewski, M. Photoinitiated multi-step charge separation and ultrafast charge transfer induced dissociation in a pyridyl -linked photosensitizer-cobaloxime assembly. Energy & Environmental Science. 6 (6), 1917-1928 (2013).
  27. Roy, S., Bhunia, A., Schuth, N., Haumann, M., Ott, S. Light-driven hydrogen evolution catalyzed by a cobaloxime catalyst incorporated in a MIL-101(Cr) metal-organic framework. Sustainable Energy & Fuels. 2 (6), 1148-1152 (2018).
  28. Song, T., Yu, J., Cui, Y., Yang, Y., Qian, G. Encapsulation of dyes in metal-organic frameworks and their tunable nonlinear optical properties. Dalton Transactions. 45 (10), 4218-4223 (2016).
  29. Schrauzer, G. N., Parshall, G. W., Wonchoba, E. R. Bis(Dimethylglyoximato)Cobalt Complexes: ("Cobaloximes"). Inorganic Syntheses. , 61-70 (2007).
  30. Sheldrick, G. M. Program for Empirical Absorption Correction of Area Detector Data. Sadabs. , University of Gottingen. Germany. (1996).
  31. Gruene, T., Hahn, H. W., Luebben, A. V., Meilleur, F., Sheldrick, G. M. Refinement of macromolecular structures against neutron data with SHELXL2013. Journal of Applied Crystallography. 47, 462-466 (2014).
  32. Kumari, B., Paramasivam, M., Dutta, A., Kanvah, S. Emission and Color Tuning of Cyanostilbenes and White Light Emission. ACS Omega. 3 (12), 17376-17385 (2018).
  33. Schrauzer, G. N., Lee, L. P., Sibert, J. W. Alkylcobalamins and alkylcobaloximes. Electronic structure, spectra, and mechanism of photodealkylation. Journal of the American Chemical Society. 92 (10), 2997-3005 (1970).
  34. Groom, C. R., Bruno, I. J., Lightfoot, M. P., Ward, S. C. The Cambridge Structural Database. Acta Crystallographica Section B, Structural Science, Crystal Engineering and Materials. 72, Pt 2 171-179 (2016).
  35. Das, A., Han, Z., Haghighi, M. G., Eisenberg, R. Photogeneration of hydrogen from water using CdSe nanocrystals demonstrating the importance of surface exchange. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (42), 16716-16723 (2013).
  36. Das, A., Han, Z., Brennessel, W. W., Holland, P. L., Eisenberg, R. Nickel Complexes for Robust Light-Driven and Electrocatalytic Hydrogen Production from Water. ACS Catalysis. 5 (3), 1397-1406 (2015).
  37. Eckenhoff, W. T., Eisenberg, R. Molecular systems for light driven hydrogen production. Dalton Transactions. 41 (42), 13004-13021 (2012).
  38. Dutta, A., Appel, A. M., Shaw, W. J. Designing electrochemically reversible H 2 oxidation and production catalysts. Nature Reviews Chemistry. 2 (9), 244(2018).
  39. Savéant, J. M. Proton Relays in Molecular Catalysis of Electrochemical Reactions: Origin and Limitations of the Boosting Effect. Angewandte Chemie International Edition. 58 (7), 2125-2128 (2019).
  40. Khandelwal, S., Zamader, A., Nagayach, V., Dolui, D., Mir, A. Q., Dutta, A. Inclusion of Peripheral Basic Groups Activates Dormant Cobalt-Based Molecular Complexes for Catalytic H2 Evolution in Water. ACS Catalysis. , 2334-2344 (2019).
  41. Staffell, I., et al. The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system. Energy & Environmental Science. 12 (2), 463-491 (2019).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Hybryda fotouczulacza i kobaloksymuprodukcja wodorufotokataliza nap dzana energi s onecznsynteza kobaloksymuspektroskopia UV Visrentgenowska analiza jednokryszta owawoltametria cyklicznachromatografia gazowapo wi caj cy donor elektron w

Powiązane artykuły