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, ....

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, cią....

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. ....

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