إعداد الأغشية المراعية للصور المستندة إلى بوليوكسوميتالاتي للصور-تفعيل عوامل حفازة أكسيد المنغنيز

Summary

نقدم هنا، وضع بروتوكول لإعداد رسوم نقل صباغات استناداً إلى غشاء مركب بوليمر بوليوكسوميتالاتي/.

Abstract

وتعرض هذه الورقة طريقة إعداد صباغات نقل المسؤول باستخدام بوليوكسوتونجستاتي (PW₁₂س₄₀^3-) وأيونات المعادن الانتقالية (م^{3 +} أو Co^{2 +}) البوليمرات العضوية، بهدف تفعيل الصور الأكسجين في التطور المنغنيز أكسيد المواد الحفازة، وعناصر هامة في عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي. تم تطبيق تقنية cross-linking للحصول على غشاء قائمة بذاتها ذات محتوى المرتفع PW₁₂س^3- ₄₀. التأسيس واستبقاء هيكل PW₁₂س₄₀^3- ضمن مصفوفة البوليمر أكدتها متر، الأشعة تحت الحمراء، والصغرى-رامان الطيفي، والخصائص البصرية بالتحليل الطيفي تجاه الأشعة فوق البنفسجية، التي كشفت عن التحقيق البناء الناجح لوحدة النقل (مكة) مقابل المعادن إلى المعادن. بعد ترسب الأكسجين_x منو تطور العوامل الحفازة، التحقق القياسات فوتوكورينت تحت إشعاع الضوء المرئي نقل رسوم متسلسلة، مينيسوتا ← ممكت وحدة ← القطب، وكثافة فوتوكورينت ينسجم مع الأكسدة والاختزال إمكانات للمعدن المانحة (Ce أو Co). يوفر هذا الأسلوب استراتيجية جديدة لإعداد النظم المتكاملة التي تشمل المواد الحفازة وأجزاء فوتون-الاستيعاب للاستخدام مع المواد الصورة الفنية.

Introduction

تطوير نظم تحويل الطاقة الشمسية باستخدام التمثيل الضوئي الاصطناعي أو الخلايا الشمسية اللازمة لتمكينهم من توفير مصادر الطاقة البديلة التي يمكن تحسين المناخ العالمي وقضايا الطاقة^{،1،2 3،4}. ويمكن تصنيف المواد الصورة الفنية على نطاق واسع إلى مجموعتين، والأنظمة المستندة إلى أشباه الموصلات والنظم المستندة إلى جزيء العضوية. على الرغم من أن قد وضعت العديد من أنواع مختلفة من نظام، تحسينات لا تزال بحاجة إلى إجراء بسبب أنظمة أشباه الموصلات يعانون من الافتقار إلى مراقبة نقل تهمة محددة، ونظم الجزيئات العضوية ليست دائمة على نحو كاف فيما يتعلق صور--التشعيع. بيد يمكن تحسين استخدام الجزيئات غير العضوية كرسوم نقل وحدة مكونات هذه القضايا الخاصة بكل منها. على سبيل المثال، فراي et al. سد أوكسو معدنية أنظمة متطورة المطعمة على سطح السليكا ميسوبوروس التي يمكن أن تحفز نقل المسؤول المعادن إلى المعادن (مكة) بصور-التشعيع وتثير ردود فعل الأكسدة الضوئية^{5، 6 , 7 , 8 , 9}.

أن تكون مجموعتنا الموسعة النظام الذري واحد إلى نظام المتعددة النوى استخدام بوليوكسوميتالاتي (بوم) إلكترون يقبلون^10،11،12، مع التوقع بأن استخدام نظام المتعددة النوى مفيدة في الحث والسيطرة على رد فعل نقل الإلكترون متعددة، وهو مفهوم هام في تحويل الطاقة. في البروتوكول هو موضح هنا، نقدم تفصيلاً الطريقة المستخدمة لإعداد النظام القائم على بوم ممكت، الذي يعمل في مصفوفة بوليمر كما ذكرت مؤخرا¹³. تكوين نوع الغشاء ملائم لفصل المنتج بين رد فعل انوديك الكاثودية، والمنتجات. تم تطبيق الأسلوب كروسلينكينج، الذي مكن تشكيل الغشاء قائما بذاته، حتى مع ارتفاع بوم المحتويات. قياسات فلطاضوئيه ثبت أن الاختيار المناسب للمعدن المانحين هو المفتاح لتحريك الهدف. يعمل نظام معدني بوم والجهات المانحة كمحسس صور لتنشيط نقل الإلكترون متعددة العوامل الحفازة تحت إشعاع الضوء المرئي. على الرغم من أن هذا العمل يستخدم منو_x كعامل حفاز نقل إلكترون متعددة لتفاعل أكسدة الماء، هذا النظام الصورة الفنية ينطبق أيضا للاستخدام مع أنواع أخرى من ردود الفعل باستخدام مختلف تطلع اللاعبون النجوم والمانحة المعادن والمواد الحفازة.

Protocol

فمن المستحسن أن أشير إلى صحائف بيانات السلامة المادية ذات الصلة (MSDS) قبل استخدام المواد الكيميائية، وكذلك بعض المستخدمة في هذه التوليفات عالية الحمضية والتآكل. وبالإضافة إلى ذلك، قد تحتوي على واحد البوليمر المستخدمة في هذا العمل (polyacrylamide) مونومر المسببة للسرطان، الاكريلاميد. استخدام معدات الوقاية الشخصية (سلامة النظارات، قفازات، معطف مختبر، وكامل طول السراويل، أحذية أغلقت تو) مطلوب لمنع الإصابات الناجمة عن المواد الكيميائية أو الحرارة. وبعد إجراء عملية كروسلينكينج، يجب تخزين عينات الغشاء في الماء في ظروف مظلمة لتجنب التجفيف، وحدوث أي التفاعلات الكيميائية الضوئية لا لزوم لها.

1-إعداد "غشاء مركب" البوليمر/بوم

ملاحظة: تتبع إجراءات التوليف التي ذكرت في المادة بهيلين et al. ¹⁴، إلا أنه تم تغيير مقدار بوم.

1. إعداد الحل السلائف الكحول البولي فينيل (PVA)
   1. إضافة الجيل الثالث 3g البولي فينيل الكحول 1000 (تحلل تماما) وشريط التحريك إلى قنينة 50 مل.
   2. إضافة 27 مل من الماء إلى القنينة.
   3. الحرارة القنينة إلى 70 درجة مئوية في حمام مائي تحت إثارة شروط حل جميع جزيئات البولي فينيل الكحول تماما.
2. إعداد حل polyacrylamide (بام) السلائف
   1. إضافة ز 0.75 من polyacrylamide (انظر الجدول للمواد) وشريط التحريك لقنينة 50 مل.
   2. إضافة 29.25 مل من الماء إلى القنينة.
   3. الحرارة القنينة إلى 70 درجة مئوية في حمام مائي تحت إثارة شروط حل تماما جميع polyacrylamide الجسيمات.
3. إعداد حل خليط من بوم والبوليمرات
   1. إضافة 2 مل من حل بولي و 2 مل من محلول بام إلى قنينة 50 مل.
      ملاحظة: ما هذه الحلول البوليمر فيسكوسيتيس عالية، من الضروري لقياس دقة أحجامها.
   2. إضافة شريط التحريك الثلاثي على شكل وز 1 ح₃PW₁₂س₄₀ إلى القنينة.
      تنبيه: ح₃PW₁₂س₄₀ مادة حمضية شديدة وينبغي أن تكون مخزنة في الثلاجة. عند العمل مع ذلك، استخدام المواد البلاستيكية والمعادن لا منها.
   3. الحرارة القنينة إلى 70 درجة مئوية في حمام مائي تحت ظروف إثارة قوية، ولا تزال إثارة ح 6 بعد النض في 70 درجة مئوية.
   4. ضع ركيزة زجاج (5 × 5 سم²) على لوحة الساخن (حوالي 100 درجة مئوية) وإسقاط 750 ميكروليتر من محلول على الركازة.
      ملاحظة: الحل يجب أن تبقى ساخنة أثناء عملية إسقاط للحيلولة دون كونجيلينج البوليمرات.
   5. لتجفيف العينة، الاحتفاظ بها بين عشية وضحاها في حالة الظلام في درجة حرارة الغرفة.
4. العملية العابرة للربط للعينة الغشاء
   1. إضافة 72 مل ماء المقطر ومل 24 من الأسيتون 2 مل من محلول جلوتارالديهيدي 25% 2 مل من HCl إلى قنينة 100 مل. ويسمى هذا الخليط الكاشف كروسلينكينج.
   2. وضع الركيزة الزجاج مع العينة في طبق بتري (حوالي 9.5 سم في القطر) وإضافة الكاشف cross-linking حتى الغشاء هي مغمورة تماما.
   3. بعد 30 دقيقة، يحل محل الحل كروسلينكينج مع الماء المقطر، وتغسل مرة واحدة.
   4. قشر الغشاء من الركازة الزجاج باستخدام ملعقة وتخزينها في الماء المقطر في الظروف المظلمة. ويسمى هذا الغشاء بوم/البوليمر بوم/بولي/بام.
      ملاحظة: إذا كان يتم استخدام الغشاء للعملية القادمة (رد فعل مع المانحين المعادن أو ترسب_x منو)، ينبغي حذف عملية تقشير قبالة.
   5. مطيافية الأشعة تحت الحمراء مترا مع بوم بولي/بام لتحديد التركيب الكيميائي ل الغشاء¹³والاستخدام الجزئي-رامان. تأخذ طيف الأشعة تحت الحمراء مترا من عينة بولي/بام (تفتقر إلى بوم) أعدت بنفس الطريقة كمرجع.

2-رد فعل للغشاء بوم/البوليمر مع "المانحين المعادن" (م^{3 +} وأول أكسيد الكربون^{2 +})

1. إعداد م^{3 +} الحل.
   1. إضافة ز 2.08 Ce (لا₃)₃ • 6 ح₂س وشريط التحريك إلى قنينة 50 مل.
   2. إضافة 30 مل مياه إلى القنينة ويقلب بحل جميع Ce (لا₃)₃.
2. رد فعل عينة غشاء مع م^{3 +}
   1. وضع نموذج الغشاء في طبق بتري (حوالي 9.5 سم في القطر) وإضافة م^{3 +} الحل حتى الغشاء هي مغمورة تماما.
   2. وضع طبق بتري في فرن ساخن مسبقاً عند 80 درجة مئوية ح 5.
   3. استبدال م^{3 +} الحل مع الماء المقطر ويغسل مرة واحدة.
   4. تخزين في الماء المقطر في الظروف المظلمة.
3. إعداد Co^{2 +} الحل
   1. يتم استخدامها نفس إجراءات الإعداد ورد فعل مع Ce^{3 +}، باستثناء استخدام ز 1.14 من كوكل₂• 6 ح₂س بدلاً من Ce (لا₃)₃ • ح 6₂"عينات سين" تجاوب مع م^{3 +} وأول أكسيد الكربون^{2 +} ودعا بوم/بولي/أم/Ce وبوم/بولي/أم/Co، على التوالي.
   2. في هذه الدراسة، تم فحص أطياف رامان الصغرى بوم/بولي/أم/Ce وبوم/بولي/أم/Co لتحديد بنية جزيئية PW₁₂س₄₀^3- بعد رد فعل مع المانحين أيونات المعادن¹³. ودرست أيضا الخصائص البصرية لهذه العينات باستخدام مطيافية الأشعة فوق البنفسجية بالنسبة.

3-ترسب محفزات أكسدة المياه_العاشر منو

ملاحظة: إجراءات إعداد وترسب الغروية منو_x اتبع تلك في بينيتو بيريز et al. 1989¹⁵ وتاكاشيما et al. عام 2012¹⁶، على التوالي.

1. إعداد الحل_x منو غرواني
   1. إضافة مغ 39.4 كمنو₄ وشريط التحريك إلى كوب 30 مل.
      ملاحظة: تنبيه: كمنو₄ مادة مؤكسدة عالية؛ عند العمل معها، استخدام الملاعق البلاستيك وليس المعدن منها.
   2. إضافة 10 مل من الماء الكأس وآثاره بحل جميع كمنو₄تماما.
   3. إضافة 50 مغ من Na₂ق₂س₃• ح 5₂س وبار إثارة بيضاوية الشكل قارورة مستديرة قاع 500 مل.
   4. إضافة 20 مل من الماء قارورة ويقلب تماما حل جميع نا₂ق₂س₃.
   5. إضافة 10 مل من محلول₄ كمنو إلى قارورة دروبويسي تحت إثارة قوية.
      ملاحظة: تضاف كمنو₄ الحل ببطء لمنع تشكيل مجمعة منو₂.
   6. بعد إضافة الحل₄ كمنو، فورا إضافة 470 مل ماء المقطر إلى قارورة.
   7. الحفاظ على إثارة لما يزيد على 2 ح وثم استخدم الحل فورا للعملية القادمة (الرش).
2. رش منو_x محلول غرواني على عينة الغشاء
   1. ضع عينات الغشاء على لوحة الساخن (حوالي 60 درجة مئوية) مع الأقنعة الواقية المصنوعة من المطاط سيليكون لتحديد المنطقة التي ستستخدم للترسيب.
      ملاحظة: لترسب المواد الحفازة_x منو، يجب وضع العينات غشاء على ركائز الزجاج. إذا كان قد تم خلع الأغشية لا من الركازة، وضعها على لوحة الساخن كما. الحفاظ على سطح الغشاء الرطب أثناء عملية الترسيب. القناع يعمل أيضا كوزن لمنع الأغشية من تحلق قبالة بسبب ضغط الهواء عالية من بندقية رش.
   2. إضافة 300 مل منو الغروية_× حل زجاجة 500 مل متصلاً رش الآلي بندقية (انظر الجدول للمواد) فوق صفيحة والرش محلول على الأغشية.
   3. عندما ينخفض الحجم في الزجاجة، إضافة الحل الغروية المتبقية إلى القمقم.
   4. تخزين العينات في الماء المقطر في الظروف المظلمة. بعد منو_x-الترسيب، تسمى العينات بوم/بولي/أم/Ce/منو_x أو بوم/بولي/أم/Co/منو_x.
   5. وتم رصد خصائص نقل الإلكترون تحت إشعاع الضوء المرئي من بوم/بولي/أم/Co/منو_x باستخدام قياسات الفوتوكهروكيميائيه في قطب كهربائي خاص محتملة. لإجراء هذه التجربة الفوتوكهروكيميائيه، ملفقة العينة غشاء على شفافية Sn-يخدر في₂س₃ (إيتو) أقطاب.

النتائج

وأكد الاحتفاظ بهيكل بوم في مصفوفة البوليمر متر، الأشعة تحت الحمراء، والصغرى-رامان الطيفي (الشكل 1)؛ لوحظ وجود قمم الاهتزاز المقابلة لبنية كيجين بوم، وعثر على قمم للبوليمرات أن يكون غيرت بسبب الهيدروجين الترابط مع بوم. تحليل spectroscopic كانت مفيدة جداً لتحديد ...

Discussion

من الأهمية بمكان لتطبيق الأسلوب كروسلينكينج الذي عرضته هيلين et al. ¹⁴ وضع غشاء قائما بذاته. عندما تم تطبيق البولي فينيل اسيتات البوليمر الأساسي في هذه الدراسة، وقع تجميع ح₃PW₁₂س₄₀ ، التي حالت دون تشكيل الغشاء قائما بذاته. ومع ذلك، عندما تمت محاولة تصنيع الغشا...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Poly(vinyl Alcohol) 1000, Completely Hydrolyzed	Wako	162-16325
Polyacrylamide, Mv 6,000,000	Polyaciences, Inc.	2806	May contain carcinogenic monomer, acrylamide.
12 Tungsto(VI)phosphoric Acid n-Hydrate	Wako	164-02431	Highly acidic
Acetone 99.5 + %(GC)	Wako	012-00343
25% Glutaraldehyde Solution	Wako	079-00533
Hydrochloric Acid 35-37%	Wako	080-01066
Cerium(III) Nitrate Hexahydrate 98 + %(Ti)	Wako	031-09732
Cobalt(II) Chloride Hexahydrate 99 + %(Ti)	Wako	036-03682
Pottasium Permanganate 99.3 + %(Ti)	Wako	167-04182	Highly oxydative
Sodium Thiosulfate Pentahydrate 99 + %(Ti)	Wako	197-03585
Automatic spray gun	Lumina	ST-6