Sulu Aerobik Koşullarda Güneş Odaklı H₂ Üretimi için Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids geliştirme

Burada, sudan hidrojen üretebilen fotokatalitik bir sistem geliştiriyoruz, suyu proton kaynağı olarak kullanıyoruz. İkinci olarak, sistemi tamamen aerobik durumda stabilize etmek istiyoruz. Sistemimizin planı biyolojiye dayanıyor.

Biyoloji de fotosistemleri kullanır, burada kimyasal enerji üretmek için güneş enerjisi hasat. Bu sistemi sentetik bir arka planda taklit edeceğiz. Burada sistemimiz üç önemli bölümden oluşacak.

İlk olarak, basit bir organik boyadan başka bir şey olmayacak bir fotosensitizer olacak. İkinci olarak, protondan hidrojen üretecek kobalt bazlı bir katalizör olacak. Ve tüm bu molekül melezinin üçüncü önemli parçası bir bağlantı olacak, fotosistemi ve katalizörü birbirine bağlayacak.

Bu bağlayıcı organik molekülün bir uzantısı olacak, hiçbir şey ama kobaloxime bağlayıcı ile demirleme olacak bir piridin motifi. Tüm deneysel segment üç bölüme ayrılmıştır. İlki kompleksin sentetik prosedürü.

İkincisi kompleksin karakterizasyonudur. Üçüncüsü aerobik koşullarda güneş ışığı altında hidrojen üretimi için bu kompleksin uygulanmasıdır. Önce kobaloksim sentezine başlıyoruz.

İlk başta asetonu asetonu alıyoruz. Sonra üzerine dimethylglyoxime ekleyin ve karıştırarak, eritin. Diğer taraftan, kobalt klorat sulu bir çözelti almak.

Kobalt kloratın sulu çözeltisi dimetilglyoxime aseton çözeltisine damla yönünde eklenmiştir. İlk başta çözüm yavaş yavaş mavimsi-yeşil dönecek mavi olacak. Daha sonra çözelti iki saatlik reaksiyondan sonra filtrelendi ve filtrat gece boyunca dört derecede tutuldu.

Sonra yeşil renkli bir çökelti elde ettik. Sentezin ikinci adımında sentezlediğimiz kobaloksimu kullanacağız. Burada, fotosensitizer boyamızı kullanacağız.

Sentezin ikinci adımında, önce kobaloksimimizin metalik bir çözeltisini alıyoruz, yeşil renkli. Sonra yavaş yavaş kahverengi çözeltirengini değiştirecek triethylamine baz bir eşdeğer eklemek, ve şeffaf bir kahverengi renk çözüm olacaktır. Daha sonra içine fotosensitizer boyasının bir eşdeğerini ekliyoruz ve çözeltiyi üç saat karıştırıyoruz.

Yarım saat sonra çözeltiden bir çökelti görmeye başladık. Bu çökeltiyi Whatman 40 filtre kağıdının filtrasyonu ile üç saatlik deneyden sonra çıkarıyoruz. Sonra, çökelti soğuk metanol ile yıkandı.

Daha sonra, çökelti bir çözelti şeklinde kloroform ekleyerek toplandı. Bu adımda elde ettiğimiz kahverengi renkli solüsyon, fotoensitizer-kobaloksim hibrid kompleksinin kahverengi renkli ürününün elde edilebilmek için oda sıcaklığında yavaşça buharlaşmıştır. Karakterizasyon bölümünde, önce duterated DMSO'daki kompleksi erittin ve kompleksin proton spektrumunu aldık.

İşte bir proton spektrumu. Alifatik bölge iki tip protondan oluşur: dimetilglyoxime'den 12 proton, fotoensitizerden altı proton. Aromatik bölge esas olarak PS boya ve dimethylglyoxime gelen iki proton için hesaplar.

Burada, tüm protonların buna göre atandığı aromatik bölgeyi vurguluyoruz. Sonra, kompleksimizin optik spektroskopisini yaptık. Kompleksi seri olarak 20 mikromolar seyreltdik ve optik spektrumunu bu UV spektrofotometresine kaydettik.

UV spektrumuna bakacak olursak, komplekse gelen iki önemli bant olduğunu görebiliriz. İlk olarak, UV bölgesinde muhtemelen pi'den pi-star geçişine kadar olan bir bant görüyoruz. Ve ikincisi, görünür bölgede bir bant lmc geçiş içindir.

Bunu fotosensitizerin başlangıç malzemesi ve kobaloksim kompleksinin başlangıç malzemesiyle karşılaştırırsak hibrit kompleksimiz için gözlemlediğimiz bu zirvelerin başlangıç malzemelerinden açıkça farklı olduğunu görebiliriz. Burada, fotokatalizör-kobaloksim hibrid kompleksimizin tek kristalini kloroform çözeltisinden aldık. Sonra, onu, bu kahverengi renkli kristali dağıdık, böylece tek bir kristal difraktometreden çıktı.

Tek kristal diffraktometreden elde ettiğimiz yapıda kobaloksim kompleksinin eksenel piridin bağlayıcısından fotoensitizeri bağlayabildiği açık bir şekilde görebiliyoruz. Buradaki kobalt ve azot piridine bağ mesafesi 1.965 angstromdur, ki bu benzer kavanozun benzer kompleksine çok benzerdir. Kobalt-fotoensitizer hibrid sisteminin elektrokimyasını standart üç elektrot mekanizmasında gerçekleştirdik.

İlk elektrot çalışan elektrot, bir milimetre yarıçaplı camsı karbon disk elektrottan başka bir şey değildir. Bu camsı karbon disk elektrot iyice 125 mikron alüminyum tozu ile parlatılmış ve kullanılmadan önce deiyonize su ile yıkanmış. Daha sonra, gümüş klorür referans elektrodu ve platin veya karşı elektrot ile birlikte üç elektrot sisteminde monte edildi.

Sonra, çözelti gerçek deneyden önce azotla gazdan arındırıldı. Sonra, kompleksimizin bisiklet voltammogramını kaydettik. İlk olarak, DMF çözüm başladı.

Biz anodik bölgeden tbma başladı ve yavaş yavaş katodik bölgeye taşındı. Ve görüyoruz ki, birkaç stokiyometrik zirve. Daha sonra çözeltiye su eklediğimizde katodik tepelerden biri şiddeti artar.

Bu muhtemelen o merkezdeki hidrojen üretiminden kaynaklanıyor. Daha sonra aynı çözeltiye asit eklediğimizde bu akım daha da artacak. Bu da açıkça gösteriyor ki, suyun varlığında kobalt kompleksi, fotoensitizerin varlığında, hidrojen üretimi için aktif olabilir.

Bu kompleks ideal güneş ışığı altında ve aerobik koşullarda fotokatalitik hidrojen üretimi için incelenmiştir. Kapalı bir sistemde 7H23 DMF suda çözünmüş fotosensitizer-kobalt hibrid kompleksi miz vardır ve ilave kurban elektron vericisi vardır. Bu kapalı sistem hidrojen detektörüne bağlıydı, böylece hidrojeni çözeltiden sürekli olarak izleyebiliriz.

Ps katalizör melezinin güneş ışığına maruz kaldığında bu kurulumda hidrojende sürekli bir büyüme gözlemledik. Hidrojen birikimi sürekliydi ve gecikme süresi fark edilmedi. Ayrıca gaz kromatografisi veya GC deneyi yoluyla hidrojen oluşumunu doğruladık.

Kafa uzaygazını şırınga yoluyla topladık ve hidrojen sinyalini gözlemlemek için GC'ye enjekte ettik. GC hidrojen kimliği doğrulandı, kontrol ve boş enjeksiyon ile tamamlayıcı deney ile. Burada, başarılı bir modeli sentezledik, fotosistemi ve katalizörü aynı moleküle dahil ettik.

Reaksiyonun genel mekanizması muhtemelen fotoensitizeruyarılması başlar. Güneş ışığını alıp heyecanlı duruma geldiği yer. Heyecanlı durumda, elektronkaybeder.

Elektronu kaybettikten sonra pozitif yüklü bir iyon haline gelir ve kurban elektron uyrcuktan bir elektron alıp tekrar yere gelir. Öte yandan, serbest bırakılan elektron muhtemelen katalizör bağlantı yoluyla seyahat etti. Katalizör sisteminde, elektronu aldıktan sonra, azaltılmış duruma gider.

Ve azaltılmış durumda, hidrojen üretmek için proton ile reaksiyona girer, kataliz döngüsünü tamamlamak için. Bu projede, doğrudan sudan hidrojen üretebilen bir fotoensitizer-kobalt katalizör hibrid sistemi geliştirdik. Ve bu hidrojen üretimi bir saat boyunca sürekli olarak gerçekleşir, herhangi bir gecikme süresi olmadan.

Ve bu tam sistem aerobik koşullarda kararlı ve aktiftir.