Name: preparation of polyoxometalate-based photo-responsive membranes for the photo-activation of manganese oxide catalysts
Uploaded: 2018-08-07T14:30:00
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R. Y. recebeu apoio financeiro do centro de excelência Global para o programa de inovação de sistemas mecânicos da Universidade de Tóquio e da Universidade de Tóquio concessão para pesquisa de doutorado. Este trabalho é parcialmente suportado pelo subsídio de KAKENHI JSPS para jovens cientistas (B) (17K 17718).

É aconselhável para se referir a todas as fichas de dados de segurança (MSDS) antes de utilizar produtos químicos, como alguns usados nestas sínteses são altamente ácidas e corrosivas. Além disso, um polímero utilizado neste trabalho (poliacrilamida) pode conter o monômero cancerígeno, acrilamida. O uso de equipamentos de proteção individual (óculos de segurança, luvas, jaleco, calça longa-metragem, sapatos fechados) é necessária para evitar lesões causadas por produtos químicos ou calor. Depois de re...

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	<li>Fujishima, A., Honda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+Photolysis+of+Water+at+a+Semiconductor+Electrode.">Electrochemical Photolysis of Water at a Semiconductor Electrode.</a> Nature. 238, 37-38 (1972).</li><li>Nozik, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoelectrochemistry:+Applications+to+Solar+Energy+Conversion.">Photoelectrochemistry: Applications to Solar Energy Conversion.</a> Annual Review of Physical Chemistry. 29, 189-222 (1978).</li><li>Bard, A. J., Fox, M. 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G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Powering+the+Planet:+Chemical+Challenges+in+Solar+Energy+Utilization.">Powering the Planet: Chemical Challenges in Solar Energy Utilization.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103, 15729-15735 (2006).</li><li>Lin, W., Frei, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anchored+Metal-to-Metal+Charge-Transfer+Chromophores+in+a+Mesoporous+Silicate+Sieve+for+Visible-Light+Activation+of+Titanium+Centers.">Anchored Metal-to-Metal Charge-Transfer Chromophores in a Mesoporous Silicate Sieve for Visible-Light Activation of Titanium Centers.</a> The Journal of Physical Chemistry B. 109, 4929-4935 (2005).</li><li>Lin, W., Frei, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photochemical+CO2+Splitting+by+Metal-to-Metal+Charge-Transfer+Excitation+in+Mesoporous+ZrCu(I)-MCM-41+Silicate+Sieve.">Photochemical CO2 Splitting by Metal-to-Metal Charge-Transfer Excitation in Mesoporous ZrCu(I)-MCM-41 Silicate Sieve.</a> Journal of the American Chemical Society. 127, 1610-1611 (2005).</li><li>Lin, W., Frei, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bimetallic+redox+sites+for+photochemical+CO2+splitting+in+mesoporous+silicate+sieve.">Bimetallic redox sites for photochemical CO2 splitting in mesoporous silicate sieve.</a> Comptes Rendus Chimie. 9, 207-213 (2006).</li><li>Kim, W., Yuan, G., McClure, B. A., Frei, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+Induced+Carbon+Dioxide+Reduction+by+Water+at+Binuclear+ZrOCoII+Unit+Coupled+to+Ir+Oxide+Nanocluster+Catalyst.">Light Induced Carbon Dioxide Reduction by Water at Binuclear ZrOCoII Unit Coupled to Ir Oxide Nanocluster Catalyst.</a> Journal of the American Chemical Society. 136, 11034-11042 (2014).</li><li>Kim, W., Frei, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Directed+Assembly+of+Cuprous+Oxide+Nanocatalyst+for+CO2+Reduction+Coupled+to+Heterobinuclear+ZrOCoII+Light+Absorber+in+Mesoporous+Silica.">Directed Assembly of Cuprous Oxide Nanocatalyst for CO2 Reduction Coupled to Heterobinuclear ZrOCoII Light Absorber in Mesoporous Silica.</a> ACS Catalysis. 5, 5627-5635 (2015).</li><li>Takashima, T., Nakamura, R., Hashimoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visible+Light+Sensitive+Metal+Oxide+Nanocluster+Photocatalysts:+Photo-Induced+Charge+Transfer+from+Ce(III)+to+Keggin-Type+Polyoxotungstates.">Visible Light Sensitive Metal Oxide Nanocluster Photocatalysts: Photo-Induced Charge Transfer from Ce(III) to Keggin-Type Polyoxotungstates.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 113, 17247-17253 (2009).</li><li>Takashima, T., Yamaguchi, A., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multielectron-transfer+Reactions+at+Single+Cu(II)+Centers+Embedded+in+Polyoxotungstates+Driven+by+Photo-induced+Metal-to-metal+charge+Transfer+from+Anchored+Ce(III)+to+Framework+W(VI).">Multielectron-transfer Reactions at Single Cu(II) Centers Embedded in Polyoxotungstates Driven by Photo-induced Metal-to-metal charge Transfer from Anchored Ce(III) to Framework W(VI).</a> Chemical Communications. 48, 2964-2966 (2012).</li><li>Takashima, T., Nakamura, R., Hashimoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visible-Light-Absorbing+Lindqvist-Type+Polyoxometalates+as+Building+Blocks+for+All-Inorganic+Photosynthetic+Assemblies.">Visible-Light-Absorbing Lindqvist-Type Polyoxometalates as Building Blocks for All-Inorganic Photosynthetic Assemblies.</a> Electrochemistry. 79, 783-786 (2011).</li><li>Yamaguchi, A., Takashima, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+of+Metal-to-metal+Charge-transfer+Chromophores+for+Visible-light+Activation+of+Oxygen-Evolving+Mn+Oxide+Catalysts+in+a+Polymer+Film.">Design of Metal-to-metal Charge-transfer Chromophores for Visible-light Activation of Oxygen-Evolving Mn Oxide Catalysts in a Polymer Film.</a> Chemistry of Materials. 29, 7234-7242 (2017).</li><li>Helen, M., Viswanathan, B., Murthy, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poly(vinyl+alcohol)-polyacrylamide+Blends+With+Cesium+Salts+of+Heteropolyacid+as+a+Polymer+Electrolyte+for+Direct+Methanol+Fuel+Cell+Applications.">Poly(vinyl alcohol)-polyacrylamide Blends With Cesium Salts of Heteropolyacid as a Polymer Electrolyte for Direct Methanol Fuel Cell Applications.</a> Journal of Applied Polymer Science. 116, 3437-3447 (2010).</li><li>Perez-Benito, J. F., Brillas, E., Pouplana, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+of+a+Soluble+Form+of+Colloidal+Manganese(IV).">Identification of a Soluble Form of Colloidal Manganese(IV).</a> Inorganic Chemistry. 28, 390-392 (1989).</li><li>Takashima, T., Nakamura, R., Hashimoto, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+pH-Dependent+Activity+for+Water+Oxidation+to+Molecular+Oxygen+by+MnO2+Electrocatalysts.">Mechanism of pH-Dependent Activity for Water Oxidation to Molecular Oxygen by MnO2 Electrocatalysts.</a> Journal of the American Chemical Society. 134, 1519-1527 (2012).</li><li>Bridgeman, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Density+Functional+Study+of+the+Vibrational+Frequencies+of+&#945;-Keggin+Heteropolyanions.">Density Functional Study of the Vibrational Frequencies of &#945;-Keggin Heteropolyanions.</a> Chemical Physics. 287, 55-69 (2003).</li><li>Meng, Y., Song, W., Huang, H., Ren, Z., Chen, S. -. Y., Suib, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+of+Bifunctional+MnO2+Nanostructures:+Highly+Efficient,+Ultra-stable+Electrochemical+Water+Oxidation+and+Oxygen+Reduction+Reaction+Catalysts+Identified+in+Alkaline+Media.">Relationship of Bifunctional MnO2 Nanostructures: Highly Efficient, Ultra-stable Electrochemical Water Oxidation and Oxygen Reduction Reaction Catalysts Identified in Alkaline Media.</a> Journal of the American Chemical Society. 136, 11452-11464 (2014).</li></ol>

É fundamental para aplicar o método do cross-linking, introduzido por Helen et al . 14 a desenvolver uma membrana independente. Quando o acetato de polivinilo foi aplicado como o polímero base, neste estudo, agregação de H3PW12O40 ocorreu, que impediram a formação da membrana independente. No entanto, quando a fabricação da membrana foi tentada utilizando Nafion como polímero base, não havia nenhuma progressão da reação com Ce3 + e...

O desenvolvimento de sistemas de conversão de energia solar usando fotossíntese artificial ou células solares é necessário para permitir a oferta de fontes alternativas de energia que pode amenizar o clima global e energia emite1,2, 3,4. Materiais funcionais-foto podem ser amplamente classificados em dois grupos, sistemas baseados em semicondutores e sistemas baseados na molécula orgânicos. Embora muitos diferentes tipos de sistemas têm sido desenvolvidos, melhorias ainda precisam ser feitas porque sistemas semicondutores sofrem com a falta de controle de transferência de carga precisos, e sistemas de molécula orgânica não são adequadamente duráveis com respeito à foto-irradiação. No entanto, a utilização de moléculas inorgânicas como componentes de unidade de transferência de carga pode melhorar esses problemas respectivos. Por exemplo, Frei et al desenvolveu oxo-ponte metálicos sistemas enxertados na superfície da sílica de mesoporos que podem induzir a transferência de carga de metal-metal (MMCT) por foto-irradiação e desencadear reações de fotoquímica redox5, 6 , 7 , 8 , 9.
Nosso grupo estendido o sistema atômico único para um sistema de polinucleares utilizando germânio (POM), como o elétron aceitador10,11,12, com a expectativa de que o uso do sistema de polinucleares seria vantajoso na indução e controle da reação de transferência de elétrons multi, que é um conceito importante na conversão de energia. O protocolo descrito aqui, apresentamos o método detalhado usado para preparar o sistema baseado em POM MMCT, que funciona em uma matriz de polímero, como relatado recentemente13. A configuração de tipo de membrana é favorável para a separação do produto entre os produtos de reação anódica e catódica. Foi aplicado o método do cross-linking, que permitiu a formação de uma membrana independente, mesmo com alto conteúdo POM. Medições de Photoelectrochemical provaram que a seleção apropriada do metal doador é chave para desencadear o alvo. O sistema de metal POM/doador funciona como um foto-sensibilizador para ativar catalisadores de transferência de elétrons multi sob irradiação de luz visível. Embora este trabalho utiliza MnOx como um catalisador de transferência de elétrons multi para a reação de oxidação da água, este sistema foto-funcional também é aplicável para uso com outros tipos de reações, utilizando vários POMs, metais de doador e catalisadores.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:819px;" width="819">
	<colgroup>
		<col />
		<col span="2" />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:287px;">Poly(vinyl Alcohol) 1000, Completely Hydrolyzed</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">162-16325</td>
			<td style="width:295px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:287px;">Polyacrylamide, Mv 6,000,000</td>
			<td style="width:119px;">Polyaciences, Inc.</td>
			<td style="width:119px;">2806</td>
			<td>May contain carcinogenic monomer, acrylamide.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">12 Tungsto(VI)phosphoric Acid n-Hydrate</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">164-02431</td>
			<td>Highly acidic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Acetone 99.5 + %(GC)</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">012-00343</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">25% Glutaraldehyde Solution</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">079-00533</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Hydrochloric Acid 35-37%</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">080-01066</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Cerium(III) Nitrate Hexahydrate 98 + %(Ti)</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">031-09732</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Cobalt(II) Chloride Hexahydrate 99 + %(Ti)</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">036-03682</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Pottasium Permanganate 99.3 + %(Ti)</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">167-04182</td>
			<td>Highly oxydative</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:287px;">Sodium Thiosulfate Pentahydrate 99 + %(Ti)</td>
			<td style="width:119px;">Wako</td>
			<td style="width:119px;">197-03585</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:287px;">Automatic spray gun</td>
			<td style="width:119px;">Lumina</td>
			<td style="width:119px;">ST-6</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation of polyoxometalate-based photo-responsive membranes for the photo-activation of manganese oxide catalysts

Este trabalho apresenta um método para preparar os cromóforos de transferência de carga usando polyoxotungstate (PW12O403 -), íons de metais de transição (Ce3 + ou Co2 +) e polímeros orgânicos, com o objectivo de foto-ativação oxigênio-evoluindo manganês óxido catalisadores, que são componentes importantes na fotossíntese artificial. A técnica do cross-linking aplicou-se para obter uma membrana autónoma com um PW12O403 - índice elevado. Incorporação e retenção de estrutura de PW12O403 - dentro da matriz do polímero foram confirmados por FT-IR e espectroscopia micro-Raman, e características ópticas foram investigadas por espectroscopia UV-Vis, que revelou construção bem sucedida da unidade de transferência (MMCT) carga de metal-metal. Após a deposição de MnOx oxigênio evoluindo catalisadores, medições de fotocorrente sob irradiação de luz visível verificado a transferência de carga sequencial, Mn → MMCT unidade → eletrodo e a intensidade de fotocorrente foi consistente com o redox potencial do metal doador (Ce ou Co). Este método fornece uma nova estratégia para a preparação de sistemas integrados envolvendo catalisadores e absorção de fótons peças para uso com materiais foto-funcionais.

Retenção da estrutura POM na matriz de polímero foi confirmada por FT-IR e Espectroscopia Raman-micro (Figura 1); observaram-se picos de vibração correspondente à estrutura de Keggin das POM e picos dos polímeros foram encontrados para ser deslocado devido à ligação com POM de hidrogênio. Análise espectroscópica foi muito útil para determinar a construção bem sucedida da unidade de transferência de carga, e isto também foi confirmado pela mu...

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Preparation of Polyoxometalate-based Photo-responsive Membranes for the Photo-activation of Manganese Oxide Catalysts

Preparação de membranas de foto-sensível com base em germânio para a foto-ativação de catalisadores de óxido de manganês

Aqui, apresentamos um protocolo para preparar os cromóforos de transferência de carga com base em uma membrana composta de germânio/polímero.

This paper presents a method to prepare charge-transfer chromophores using polyoxotungstate (PW12O403-), transition metal ions (Ce3+ or Co2+), and organic ...

Research

JoVE Journal

Chemistry

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Química

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