Здесь мы разрабатываем фотокаталитической системы, которая может производить водород из воды, используя воду в качестве источника протона. Во-вторых, мы хотели бы стабилизировать систему в полностью аэробных условиях. План нашей системы основан на биологии.
Биология также использует фотосистемы, где она собирает солнечную энергию для производства химической энергии. Мы будем имитировать эту систему на синтетическом фоне. Здесь наша система будет состоять из трех важных частей.
Во-первых, будет фотосенсибилизатор, который будет не что иное, простой органический краситель. Во-вторых, будет катализатор на основе кобальта, который будет производить водород из протона. И третьей важной частью всего этого гибрида молекулы будет связующим звеном, который будет соединять фотосистему и катализатор.
Этот связующий будет продолжением органической молекулы, которая будет не что иное, пиридин мотив, который будет якорь с кобалоксим связующим звеном. Весь экспериментальный сегмент разделен на три части. Первая – это синтетическая процедура комплекса.
Во-вторых, это характеристика комплекса. Третий - применение этого комплекса для производства водорода под солнечным светом в аэробных условиях. Сначала мы начинаем синтез кобалоксимы.
Сначала мы берем ацетон. Затем мы добавляем к нему диметилглиоксим и растворяем его, перемешивая. С другой стороны, мы берем аковый раствор хлората кобальта.
В раствор ацетона диметилглиоксима был добавлен аквеозный раствор хлората кобальта. Поначалу раствор будет синим, который постепенно превратится в синевато-зеленый. Затем раствор был отфильтрован после двух часов реакции, и фильтрат держали на четыре градуса по Цельсию в течение ночи.
Затем мы получили зеленый цвет осадка. На втором этапе синтеза мы будем использовать кобалоксим, который мы синтезировали на первом этапе. Здесь мы собираемся использовать наш краситель фотосенсибилизатора, который на самом деле имеет пиридин связующим звеном, который собирается добавить к кобалоксиму в аксиевом положении.
На втором этапе синтеза, во-первых, мы берем металлический раствор нашего кобалоксим, который зеленого цвета. Затем мы добавляем к нему один эквивалент триэтиламиновой базы, который будет медленно менять цвет раствора на коричневый, и это будет прозрачный коричневый цвет раствора. Затем мы добавляем в него один эквивалент красителя фотосенсибилизатора, а затем перемешиваем раствор в течение трех часов.
Через полчаса мы начали видеть осадок выходит из раствора. Мы берем этот осадок после трех часов эксперимента через фильтрацию фильтровальной бумаги Whatman 40. Затем осадок промыли холодным метанолом.
Затем осадок был собран в форме раствора, добавив к нему хлороформ. Коричневый цветной раствор, который мы получили на этом этапе, медленно испарялся при комнатной температуре, чтобы получить коричневый цветной продукт гибридного комплекса фотосенсибилизатор-кобалоксим. Итак, в части характеристики мы сначала растворили комплекс в дейтетерированной ДМСО и получили протонные спектры комплекса.
Итак, вот протонные спектры. Алифатическая область состоит из двух типов протонов: 12 протонов из диметильглиоксима и шести протонов из фотосенсибилизатора. Ароматические области в основном приходится PS красителя, и два протона из dimethylglyoxime.
Здесь мы подчеркиваем ароматические области, где все протоны назначаются соответствующим образом. Затем мы сделали оптическую спектроскопию нашего комплекса. Мы последовательно разбавили комплекс до 20 микромолей, а затем записали его оптический спектр в этот УФ-спектрофотометр.
Если мы посмотрим на УФ-спектр, мы увидим, что в комплекс входят две важные полосы. Во-первых, в области УФ мы видим полосу, которая, возможно, от пи до пи-звезды перехода. А во-вторых, одна полоса в видимой области, которая для перехода LMC.
Если сравнить это со стартовым материалом фотосенсибилизатора и кобалоксимового комплекса, то можно увидеть, что эти пики, которые мы наблюдаем для нашего гибридного комплекса, явно отличаются от стартовых материалов. Здесь мы прошли один кристалл нашего фотокаталист-кобалоксим гибридный комплекс, из хлороформного раствора. Затем, мы диффракт его, этот коричневый цветной кристалл, так что один кристалл вышел дифрактометр.
Структура, которую мы получили от одного кристаллического дифрактометра, мы можем ясно видеть комплекс кобалоксим связать фотосенсибилизатор через аксиальный пиридин linker. Расстояние соединения кобальта и азота пиридина здесь составляет 1,965 ангстрема, что очень похоже на аналогичный комплекс аналогичной банки. Мы выполнили электрохимию гибридной системы кобальт-фотосенсибилизатор в стандартном трех электродовом механизме.
Первым электродом является рабочий электрод, который является не чем иным, как радиусом в один миллиметр стеклянного электрода углеродного диска. Этот стеклянный электрод углеродного диска был тщательно отполирован 125 микрон алюминиевого порошка, и промывают деионизированной водой, прежде чем он используется. Затем он был собран в трех электродной системе вместе с серебристым серебряным хлоридом эталонного электрода и платины, или встречного электрода.
Затем раствор был дегазирован азотом, до фактического эксперимента. Затем мы записали веловольтаммограмму нашего комплекса. Во-первых, мы начали с решения DMF.
Мы начали сканирование из анодичной области и медленно переместились в катодную область. И мы видим, несколько стоихометрических пиков. Затем, когда мы добавляем воду в раствор, один из катодных пик увеличивается в интенсивности.
Возможно, это связано с производством водорода в этом центре. Что было подтверждено позже, когда мы добавили кислоты в том же растворе, и что ток будет увеличиваться дальше. Так что ясно показывает, что при наличии воды, кобальтовый комплекс, в присутствии фотосенсибилизатора, может быть активным для производства водорода.
Этот комплекс изучался для производства фотокаталитического водорода при идеальном солнечном свете и в аэробных условиях. В закрытой системе у нас есть фотосенсибилизатор-кобальтовый гибридный комплекс, растворенный в воде 7H23 DMF, с дополнительным донором жертвенного электрона. Эта закрытая система была подключена к детектору водорода, так что мы можем контролировать водород из раствора непрерывно.
Мы наблюдали непрерывный рост водорода в этой установке, когда гибрид катализатора PS подвергался воздействию солнечного света. Накопление водорода было непрерывным, и период отставания не был замечен. Мы также подтвердили образование водорода с помощью газовой хроматрографии, или ГК, эксперимент.
Мы собрали головной газ через шприц, и вводили, что в GC наблюдать сигнал для водорода. Водородная идентичность в GC была подтверждена в результате дополнительного эксперимента с контролем и пустым впрыском. Здесь мы синтезировали успешную модель, где мы включили фотосистему и катализатор вместе в ту же молекулу.
Общий механизм реакции, возможно, начинается с возбуждения фотосенсибилизатора. Где он принимает солнечный свет, и добраться до возбужденных состоянии. В возбужденном состоянии он теряет электрон.
После того, как он теряет электрон, он становится положительно заряженным ионом, который принимает электрон от жертвенного донора электрона, чтобы прийти в состояние земли снова. С другой стороны, выпущенный электрон, вероятно, путешествовал через связующим звеном к катализатору. На катализаторной системе, как только он получает электрон, он переходит в уменьшенное состояние.
И в уменьшенном состоянии, он реагирует с протоном для производства водорода, чтобы завершить цикл катализа. В рамках этого проекта мы успешно разработали гибридную систему фотосенсибилизатора-кобальтового катализатора, которая может производить водород непосредственно из воды. И это производство водорода происходит непрерывно в течение одного часа, без каких-либо периодов задержки.
И эта полная система стабильна и активна в аэробных условиях.
