Author Produced

开发用于在水有条件条件下进行太阳能驱动 H2生产的光敏剂-钴氧混合剂

Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

我们直接将一种基于硅酸盐的有机染料加入钴氧液芯中,以产生用于光催化H2生产的光酸催化剂-催化剂。我们还开发了一个简单的实验设置,用于通过光催化组件评估光驱动H2生产。

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Mir, A. Q., Dolui, D., Khandelwal, S., Bhatt, H., Kumari, B., Barman, S., Kanvah, S., Dutta, A. Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions. J. Vis. Exp. (152), e60231, doi:10.3791/60231 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

开发光催化H2生产装置是构建全球基于H2的可再生能源基础设施的关键步骤之一。出现了许多光活性组件,其中光敏剂和基于钴氧化物的H2生产催化剂协同作用,将光能转化为H-H化学键。然而,这些组件的长期不稳定和对危险质子源的需求限制了其使用。在这里,在这项工作中,我们通过独特的轴向丙氨酸连杆将一种基于硅酸盐的有机染料集成到钴氧核的外围。这一策略使我们能够开发具有相同分子框架的光敏剂-催化剂混合结构。在本文中,除了全面的化学特性外,我们解释了这种混合分子合成的详细过程。结构和光学研究已显示出钴氧芯和有机光敏剂之间的强烈的电子相互作用。即使在水作为质子源的情况下,钴氧烷也活跃于H2生产中。在这里,我们开发了一个简单的密封系统,与在线H2探测器连接,用于研究该混合复合物的光催化活性。这种光敏化剂-催化剂在实验装置中一旦暴露在自然阳光下,就会连续产生H2。混合复合物的这种光催化H2生产在完全有氧条件下,在牺牲性电子供体存在的情况下,在水/有机混合物介质中观察到。因此,该光催化测量系统以及光敏化剂-催化剂dyad为下一代光催化H2生产装置的开发提供了宝贵的见解。

Introduction

在现代世界中,煤炭、石油和天然气等化石燃料在能源中占了大部分。然而,在能量收集过程中,它们会产生大量的二氧化碳,对全球气候产生负面影响。随着人口的持续增长和人类生活方式的不断改善,预计未来几年全球能源需求将急剧上升。因此,正在积极寻找适合全球能源需求的替代能源。太阳能、风能、潮汐能等可再生能源由于其环保的零碳能源转导过程成为最佳解决方案之一。然而,这些能源的间歇性性质迄今限制了其广泛应用。这个问题的可能解决方案可以在生物学中找到;在光合作用3号期间,太阳能被有效地转化为化学能。根据这一线索,研究人员已经开发出人工光合策略,在一些小分子激活反应4、5之后,将太阳能储存到化学键中。H2分子被认为是最有吸引力的化学载体之一,由于其高能量密度和简单的化学转化6,7。

光敏剂和H2生产催化剂的存在对于活性太阳能驱动的H2生产设置至关重要。在此,我们将重点介绍催化部分的钴基分子复合钴氧体。通常,六角协调的钴中心在方形平面N4几何中结合,该几何体源自钴氧体中的二甲基溴(dmg)配体。互补的Cl离子,溶剂分子(如水或乙酰乙酰胺)或丙氨酸衍生物在残余轴向位置8。钴氧化物长期以来以活性H2生产电催化而闻名,其反应性可以通过在轴向丙氨酸9、10、11、12上附加可变功能来调谐.相对简单的合成、催化条件下的耐氧性以及钴氧的中度催化反应促使研究人员探索其光催化H2产生反应。Hawecker集团是利用Ru(多皮里基)基光敏剂13来展示钴氧石的光驱动H2生产活性的先驱。艾森伯格和他的同事利用铂(Pt)基无机光敏剂与钴氧化物催化剂14、15联合诱导光催化H2的产生。后来,切组利用有机金光敏剂复制了类似的活动16。丰特卡夫和阿尔特罗通过应用基于钛(Ir)的分子17,扩大了光敏剂的范围。由于使用昂贵的金属基光敏剂,这些光催化系统的实际应用正朝着障碍方向发展。艾森伯格和太阳研究小组通过独立设计有机染料光驱动H2生产系统18、19来反驳。尽管所有这些系统成功地生产了光驱动H2,但观察到整体催化周转率相对较慢20。在所有这些情况下,在溶液中添加光敏剂和钴氧子分子作为单独的莫伊奇,它们之间缺乏直接通信可能会妨碍系统的整体效率。为了纠正这个问题,开发了一些光敏剂-钴氧酰胺,其中各种光敏剂通过轴向的丙氨酸配体21、22、23与钴氧核直接相连 242526.Sun和同事甚至成功地开发了一种不含贵金属的装置,引进了一种锌-波芬图案作为光敏剂24。最近,Ott和同事成功地将钴氧酶催化剂整合在金属有机框架(MOF)中,该框架在有机染料27的存在下展示了光催化H2的产生。然而,将高分子量光敏剂纳入钴氧硅框架降低了水溶性,同时影响在催化条件下的dyads的长期稳定性。催化期间在水条件下活性dyads的稳定性至关重要,因为无所不在的水是催化过程中质子的诱人来源。因此,迫切需要开发一种水溶性、空气稳定的光敏剂-钴氧化物二分剂系统,以建立高效、经济的光驱动H2生产装置。

在这项工作中,我们锚定了一种基于硅酸盐的有机染料28,作为光敏剂,通过轴向的丙氨酸连结器固定在钴氧体芯上(图1)。染料的轻分子量确保了水溶性。这种石质-钴氧混合分子通过光学和1HNMR光谱及其单晶结构阐明,详细特征。电化学数据揭示了钴氧体图案的活性电催化H2生产,即使与附加的有机染料。这种混合复合物在30:70水/DMF(N,N,N+-二甲基甲酰胺)溶液中暴露于阳光直射下时,表现出显著的光驱动H2生产,而不会降解混合结构,辅之以光学光谱学研究。在混合复合物的光催化过程中,使用了一种由H2探测器组成的简单光催化装置,证明H2气体在水有氧条件下连续生产,没有任何初步滞后期。因此,该混合复合体有可能成为开发下一代太阳能驱动 H2生产催化剂的基础,实现高效可再生能源利用。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. 光敏剂-催化剂混合的合成

  1. 催化剂前体合成Co(mg)2Cl2复合物
    注:此复杂是在报告过程29的修改版本之后合成的。
    1. 在27 mL丙酮中溶解232毫克(1毫摩尔)二甲基卵黄素(dmg)配体(此反应中的两个等效物)。
    2. 将 CoCl2±6H2O(此反应中的一个等效物)分别溶解在 3 mL 的去离子水中,从而产生粉红色溶液。
    3. 将水性CoCl2溶液滴在含有dmg的丙酮溶液中,在室温下连续搅拌。
    4. 密切监视溶液颜色的变化,在添加金属后,溶液颜色将按顺序变为蓝绿色。
    5. 继续反应 2 小时。
    6. 通过40级滤纸过滤反应混合物,并将滤液保持在4°C过夜。
    7. 第二天,从溶液中获取Co(dmg)2 Cl2复合物(钴氧化物)的绿色沉淀物,并通过40级滤纸过滤。
    8. 在空气中干燥样品。
  2. 光敏剂(PS)-钴氧混合的合成
    注:基于史蒂尔贝的光敏剂(PS)是根据报告的方法28合成的。PS-催化剂混合复合合成遵循了以下步骤。
    1. 在5 mL的甲醇中加入100毫克(0.277毫摩尔)的钴氧(一个等效物)(在步骤1中合成)。它将形成一个绿色的悬挂。
    2. 将38μL(0.277 mmol)的三乙胺(TEA)基(一个等效物)添加到绿色悬浮液中,并持续搅拌。溶液在 1 分钟内变为透明棕色。
    3. 在上述TEA中加入65毫克(0.277毫摩尔)的固体石丁二醇染料(一个等效物)。
    4. 继续搅拌3小时,密切监测溶液的变化,这将依次产生PS-钴氧混合的红褐色沉淀物。
    5. 用 40 级滤纸过滤红褐色沉淀物,然后用大量冷甲醇 (20 mL) 清洗。
    6. 溶解氯仿(10 mL)中的沉淀物,收集红褐色滤液。
    7. 在室温下,在减压下使用旋转蒸气蒸发滤液。
    8. 收集纯红褐色产品[观察产量:76毫克(65%)]。
    9. 在室温下,从氯仿溶液中重新结晶产品,其中氯仿缓慢蒸发,产生复合物的红褐色晶体。

2. 光敏剂-钴氧混合剂的特性

  1. NMR 表征
    1. 在650μL d 6-DMSO中溶解5.0毫克的纯化PS-钴氧混合复合物。
    2. 在室温下在NMR光谱仪中记录1HNMR。
      注:1H NMR 信号,以 ±(ppm) 单位为单位,括号内对应质子数、其标识和分裂模式(s = 单发,d = 双精度,m = 多数),如下所示:1H NMR: 2.34 (12H, -dmg-CH3,s), 2.97 (6H, -dye-N-(CH 32, s), 6.74 (2H, 染料芳香, d), 6.84 (1H, 盟友-H,d), 7.48 (5H, 四染料芳香, 一个盟友-H,m), 7.82 (2H, 染料芳香, d), 18.47 (2H, dmg-NO, s)。
  2. UV-Vis 光谱
    1. 通过在溶剂中加入适当称量的复合物,在N,N+-二甲基甲酰胺(DMF)中制备PS-钴氧化物复合物的1.0 mM溶液。
    2. 用空白DMF稀释溶液10次,在DMF中生成0.1 mM混合复合物溶液。
    3. 用空白DMF进一步稀释5次,在DMF中生成20μM混合复合物的溶液。
    4. 使用分光光度计记录 20 μM PS-钴氧复合溶液的光学光谱。
      注: UV-Vis 峰值 (+/nm),括号中具有相应的摩尔消光系数 (+/M-1cm-1),如下所示:266 (13400) 和 425 (14600)。
  3. 单晶结构测定
    1. 在 5 mL 的氯仿中制备 PS 催化剂混合复合物的浓缩 0.2 M 样品。在3天内从该氯仿溶液中生长出复合物的红褐色(立方)晶体。
    2. 选择合适的复合晶体,并使用低温保护剂(例如,帕拉通油)安装在低温回路上。
    3. 在衍射仪上收集混合复合物的单晶衍射数据,在298 K。
    4. 在SADABS编程30中采用多扫描方法,对数据应用经验吸收校正。
    5. 使用SHELXS-97直接方法解析结构,并使用SHELXL-201431对F2上全矩阵最小平方法进行优化。
  4. 电化学研究
    1. 样品制备
      1. 在含有0.1M四-N-丁基氟化铵(n-Bu4N + F+/TBAF)的HPLC级DMF中制备PS-催化剂混合复合物的1mM溶液。
      2. 将步骤 1 中制备的样品溶液的 2 mL 放入电化学电池(体积 5 mL)。
      3. 通过溶液净化 N2气体 30 分钟以去除氧气。
    2. 电极制备
      1. 将直径为 1 mm 的玻璃碳盘工作电极与 0.25 μm 氧化铝膏抛光,在抛光垫上在水中制备。
      2. 用大量的去离子水彻底冲洗抛光电极。
      3. 将清洁的工作电极放在电化学电池中。
      4. 将Ag/AgCl(在1.0 M AgNO3)参考电极和铂(Pt)线计数器电极放入电化学电池中。
      5. 相应地将所有电极连接到电位。
    3. 收集数据
      1. 在电化学实验前停止N2气体净化。
      2. 在电化学电池中保持高于样品溶液的N2的连续流动。
      3. 记录样本的循环伏象图 (CV),从阳极方向开始到阴极方向,具有适当的扫描速率(本实验使用了 0.1 V/s 扫描速率)。
      4. 重复上述实验,分别加入适量的水(DMF中30%的水)和三氟乙酸(TFA)(8 μL的10倍稀释整齐TFA)。
      5. 向样品溶液中添加铁氧体并记录相应的CV。使用铁氧体耦合(FeCp2+/0 = 0V vs. Ferrocene)调整所有收集的数据的潜在量度。因此,本作品中提及的所有潜在价值都针对费罗森夫妇在内部被引用。

3.催化H2由光敏剂-催化剂混合在阳光下生产

  1. PS催化剂混合复合物的光催化H2生产
    1. 在双颈试管中,在 10 mL 的 70:30 DMF 水(pH 7, 0.1 MES 缓冲液)中制备 0.2 mM PS-催化剂混合复合物。
    2. 在样品溶液中加入1mL的三乙醇胺(TEOA)作为牺牲性电子捐赠者。
    3. 用气密隔膜关闭试管的两个开口。
    4. 使用带适当管道连接的 H2探测器连接此设置。
      注:H2探测器有两个管连接。其中一个充当通过内置检测器的输入,以测量样品中存在的 H2(ppm单位)的量。测量的气体样品然后通过输出管连接到反应容器。
    5. 将设置置于阳光下 30 分钟,并通过探测器监控H2的生产效率。
  2. 通过气相色谱 (GC) 监控太阳能驱动的H2生产
    1. 通过气密注射器收集 1 mL 头空间气体。
    2. 将收集的气体注入气相色谱 (GC) 仪器中。
    3. 监测结果的气体色谱仪。
    4. 从置于暗底的控制样本中收集的1 mL头空间气体。
    5. 从含有1%H2的校准标准气体混合物中注入1 mL的气体。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

在这项工作中,通过将衍生的丙氨酸图案(L1)锚定为钴芯的轴向配体,成功合成了一种硅酸盐光敏-钴氧混合复合物(C1)。混合复合物的1个H NMR数据清楚地证明了同一复合物中钴氧化物和有机染料质子的存在。如图2所示,上场脂肪区分别以β(ppm)2.34和2.97的比例突出氧化甲基和硅二甲基质子信号的适当比例存在。在6.74-7.82 ω(ppm)区域发现了来自stilbene骨架的芳香和独特的联盟质子信号,在图2的内写中详细强调了这一点。钴氧核的稳定性体现在远下场区域(±12.47 μ(ppm)11的氧化硅中存在分子内氢结合。混合复合C1的光学光谱显示了两个主要信号(图3)。在紫外区域,在266nm处观察到一个截然不同的信号。此信号类似于源自血原支架的特征 [u2012] 过渡。在 425 nm 的可见区域中,C1的另一个光学过渡被注意到。与为stilbene化合物(±最大385nm)观察到的典型[u2012]过渡(图3)32相比,此信号明显为红色偏移。 在C1中观察到的这种过渡可能从N pyrdine_u2012Co(III)配体到金属电荷转移(LMCT)过渡有重大贡献,类似于类似的轴向苯甲酸结合钴氧体29,33用C1的单晶结构数据,对石原素基尼图案和钴氧石的结扎得到了肯定的验证。如图4所示,临界 Npyrdine_u2012Co 键距离测量为 1.965 Ω,类似于典型的轴向 Npyrdine_u2012Co 键9。芳香环和盟友组保持在混合复合C1的同一平面,确保在stilbene月中拉长的共和。表1给出了晶体数据收集和数据优化参数的详细信息。PS-催化剂混合复合物的完整晶体信息文件(CIF)存放在剑桥晶体学数据中心(CCDC号:1883987)34。

在 DMF 中,PS-催化剂混合复合复合C1在 0.5 V 到 -1.8 V 范围内进行阴极扫描(图 5)进行了循环伏位测量 (CV) 实验。在 -1.0 V(与 Fc+/0)处观察到不可逆的减小信号,随后在 -1.3 和 -1.5 V 处观察到两个连续可逆信号。第一个还原信号可以指定为基于金属的Co(III/II)还原,而可逆信号则归因于芳香有机染料框架32中的化学计量氧化还原工艺。当向溶液中加入水时,C1在-1.25 V处表现出明显的催化信号。电催化H2生产可能是造成这种阴极催化行为的原因。在同一溶液中加入TFA后,催化反应逐渐增加,证实了这一假设(图5)。这些催化反应的周转频率 (TOF) 使用以下公式进行制表:

Equation

其中icat = 催化电流,ip = 测温电流,n = 在此过程中涉及的电子数,R = 通用气体常数,T = 温度(K),F = 1 法拉天,和 + = 扫描速率。在存在水和水性TFA的情况下,H2的TOF生产分别为30s-1和 172s-1。互补色谱(散装电解)实验与互补气相色谱(GC)一起使用,以70%法拉达效率在催化步骤期间提供H2生产的进一步证据(详情见补充部分,图S1)。

在光催化研究中,进一步研究了C1中钴氧芯的H2生产活性。在本实验中,C1被装在装有30:70水/DMF溶剂的密封容器中,以及TEOA牺牲电子供体。该系统连接到H2传感器,并暴露在自然阳光下(功率密度 = 100 mW/cm2) (图6)。如图7所示,PS-催化剂混合复合C1在阳光照射后立即显示催化H2生产。在这种情况下,随着时间的推移观察到光催化H2产量几乎线性增加。气相色谱(GC)验证了积聚在设置头部空间中积聚的光生成气体的特性和纯度。如图8所示,太阳能驱动H2生产得到了GC结果的确认。比较光学光谱的最小变化表明,在实验中C1的稳定性(图S2)。

Figure 1
图1:反应方案。该方案代表了PS-催化剂混合复合物的合成工艺。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图2:1个H NMR光谱的PS-催化剂混合复合C1。此图显示了在室温下 d 6-DMSO 中记录的 PS 催化剂混合复合物的 1H NMR。脂肪区由血甲基组(12 H,a)和PS结合的N-甲基组(6H,b)(黑色微量)组成。 芳香区域由10H组成,含有芳香(c、d、e、f)盟友(g和h)原生体。氧化(-NOH)质子是最低屏蔽的质子(i)(红色痕迹)。内联突出显示芳香(蓝色轨迹)和盟友质子(绿色轨迹)的详细分裂模式。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图3:比较光学光谱。在室温下DMF中记录的PS(黑色微量)、钴氧化物前体(红色微量)和PS催化剂dyad C1(蓝色微量)的比较Uv-vis光谱。混合复合物的形成明显红移LMCT带,而[u2012]过渡保持不变。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图4:光敏剂-钴氧混合C1的单晶结构。具有 50% 热椭圆体概率的C1的 ORTEP 表示形式。碳(灰色)、氢(白色)、氧气(红色)、氮(天蓝色)、氯(绿色)和钴(深蓝色)原子在图中相应显示。在晶格内发现了一个氯仿分子,但为了清楚起见,这里省略了它。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
图5:比较循环伏象图。图中仅显示DMF(黑色微量)中1 mM C1的比较环数图(CV),在存在30:70水/DMF(蓝色轨迹)的情况下,并在30:70水/DMF(红色轨迹)中出现16个等效TFA。扫描在存在0.1M四-N-丁基氟化铵(n-Bu4N + F+/TBAF)的情况下进行,作为支持电解质,利用1mm玻璃碳盘工作电极Ag/AgCl(在1.0 M AgNO3)在室温下,以0.1 V/s扫描速率的参考电极和铂(Pt)线计数器电极。初始扫描方向以水平黑色箭头显示。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
图6:光催化H2生产监测系统。实验设置的示意图表示,由在线H2探测器组成,用于在自然阳光下通过光敏剂-钴氧化物Dyad C1连续监测H2生产,并完成有氧运动条件。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
图7:光催化H2由C1随时间产生。在线H2探测器检测到的光敏剂-钴氧混合复合C1在自然阳光驱动的光催化过程中随时间积累。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 8
图8:比较气相色谱数据。比较气相色谱 (GC) 记录从置于黑暗(黑色微量)和自然阳光(蓝色微量)下的光敏剂-钴氧化物Dyad C1中收集的头空间气体的比较气体数据。红色轨迹表示来自 1% H2校准气体混合物样品的信号。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 9
图9:C1生产H2的光催化方案。PS催化剂混合复合C1的可能光催化H2生产周期。这种机制大概遵循光敏剂的激发序列,通过链接器将激发电子转移到催化剂,并在还原催化中心进行H2生产催化。阳离子光敏剂通过接受来自牺牲的电子捐赠者的电子而返回到地面状态。请点击此处查看此图的较大版本。

补充材料。 请点击此处下载此文件。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

有机光敏剂,通过轴向的苯二胺连杆成功并入钴氧体芯(图1)。这一策略使我们能够设计一种光敏剂-钴氧混合复合C1。从C1的单晶结构(图4)可以看出,在同一分子框架中,草氧和有机染料的存在是显而易见的。stilbene 图案的苯基和丙氨酸功能通过拉长的连体通过盟友组存在于同一平面上。这些有机染料的可变组之间的相互作用,即使在溶液阶段也继续,1 HNMR 数据证实了这一点(图2)。斯蒂尔贝内分子含有二甲基胺组,通过结合的芳香-碱网络向苯二甲苯端子32显示强烈的电子推力。这种电子相互作用有望改善N-pyridine对钴中心的α-捐赠特性,在轴向协调的钴复合体C1中。钴氧芯的LMCT带以及C1中stilbene图案的[u2012]过渡的红移表明,金属和光敏化模块之间的电子相互作用(图3)。

电化学数据突出显示了这种光敏剂-钴氧化物混合C1在存在水中产生的活性H2(图5)。这些数据表明,(a) C1中的钴氧核即使在其周围存在有机染料的情况下仍保留其内在的H2生产活性,(b) 水在催化过程中可以充当质子源。这些结果导致C1对光催化H2生产的调查。在这次实验中,含有TEOA牺牲性电子供体的C1水/DMF溶液在有氧条件下暴露在自然阳光下,完整的气密设置与在线H2探测器连接(图 6.在本次实验中,H2的连续累积被注意到,没有任何滞后期,突出了C1的光驱动 H2生产(图 7)。光催化条件下H2的产生得到了补充GC实验的进一步证实(图8)。C1的这种太阳能驱动的H2生产可能遵循图921所示的钴氧基姆光催化装置的典型催化循环。艾森伯格等人的早期研究也支持了拟议的光催化循环35,36,37。

本项目开发的实验装置可用于通过改变光敏剂、催化剂、牺牲性电子供体和溶液成分的组合来筛选多个光催化系统。该系统在广泛反应条件下具有潜在的应用,因为它在自然阳光下发挥作用。这种简单的设置也可以与可变激光配置结合使用,以便对光催化活性进行深入分析。在这里,我们结合石榴染料与钴氧化物复合物,以产生中度光催化H2生产混合。它们的反应性可以通过在复杂骨架上安装酶激发的基本功能来进一步改变,以进一步提高质子的汇率,这是催化周期38、39、40的关键步骤。.与其他现有的H2代技术相比,这种第一代光敏化剂-催化剂加法提供了一个高效、廉价和绿色的太阳能H2生产途径。因此,光催化剂设计策略和太阳能驱动的H2生产检测技术将为下一代光活性组件的开发铺平道路,以改造可再生能源电路。

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

甘地纳加尔国际特和印度政府提供了财政支助。我们还要感谢科学和工程研究委员会(SERB)提供的校外资金(文件号)。EMR/2015/002462)。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1 mm diameter glassy carbon disc electrode ALS Co., Limited, Japan 2412 1
Acetone SD fine chemicals 25214L10 27 mL
Ag/AgCl reference electrode ALS Co., Limited, Japan 12171 1
Co(dmg)2Cl2 Lab synthesised NA 100 mg
CoCl2.6H2O Sigma Aldrich C2644 118 mg
d6 dmso Leonid Chemicals D034EAS 650 µL
Deionized water from water purification system NA NA 500 mL
Dimethyl formamide SRL Chemicals 93186 5 mL
Dimethyl glyoxime Sigma Aldrich 40390 232 mg
Gas-tight syringe SGE syringe Leur lock 21964 1
MES Buffer Sigma M8250 195 mg
Methanol Finar 67-56-1 15 mL
Platinum counter electrode ALS Co., Limited, Japan 2222 1
Stilbene Dye Lab synthesised 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 µL
Trifluoroacetic acid Finar 76-05-1 10 µL
Whatman filter paper GE Healthcare 1001125 2

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics