Name: preparation of polyoxometalate-based photo-responsive membranes for the photo-activation of manganese oxide catalysts
Uploaded: 2018-08-07T14:30:00.000+00:00
Duration: 5 min 47 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Polyoxometalate-based Photo-responsive Membranes for the Photo-activation of Manganese Oxide Catalysts at JoVE.com

A. Y. は、東京の大学の機械システム ・ イノベーション プログラムの拠点からと大学東京博士課程研究助成金融サポートを受け取った。この仕事は部分的に支え日本学術振興会科研費科研費若手研究 (B) (17 K 17718)。

高酸性で腐食性は、いくつかこれらの合成に使用される化学品を使用する前に関連するすべての材料安全データ用紙 (MSDS) を参照することをお勧めします。さらに、この作業 (ポリアクリルアミド) で使用される 1 つのポリマーは発がん性モノマー、アクリルアミドを含めることができます。個人保護具 (保護メガネ、手袋、白衣、フルレングスのパンツ、閉じてつま先の靴) の使用は、化学薬品や熱からの傷害を防ぐために必要です。架橋処理を実施した後膜サンプルを格納して任意の不要な光化学反応の発生と乾燥を避けるために暗いところで水でください。
1. POM/ポリマー複合膜の作製
注: 合成手順は、記事でヘレンらによって報告14POM の量が変更されたことを除いて。
<ol><li>ポリビニル アルコール (PVA) の前駆体溶液の調製<ol>
<li>50 mL バイアルにポリビニル アルコール (完全に加水分解) 1000 と撹拌棒の 3 g を追加します。</li>
		<li>バイアルに 27 mL の水を追加します。</li>
		<li>70 ° C の撹拌ポリビニル アルコールのすべてのパーティクルを完全に分解する条件の下で水槽内にバイアルを加熱します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ポリアクリルアミド (PAM) の前駆体溶液の調製<ol>
<li>ポリアクリルアミドの 0.75 g を追加 (材料の表を参照) と 50 mL バイアルに撹拌棒。</li>
		<li>バイアルに 29.25 mL の水を追加します。</li>
		<li>撹拌を完全にすべてのポリアクリルアミドの粒子を溶解条件下で水浴内 70 ° C にバイアルを加熱します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>ポンポンとポリマーの混合物溶液の調製<ol>
<li>50 mL バイアル 2 mL PVA の水溶液と 2 mL PAM ソリューションに追加します。 注意: これら高分子溶液は、高 viscocities を持っていると、正確にそれらのボリュームを測定する重要です。</li>
		<li>バイアルに撹拌棒の三角形と H3PW12O40の 1 グラムを追加します。 注意: H3PW12O40非常に酸性材質で、冷蔵庫で保存する必要があります。それを使用、プラスチック材料を使用、もの、メタルじゃないです。</li>
		<li>70 ° C の積極的な撹拌条件下で水浴中にバイアルを加熱攪拌し、続ける 6 h の 70 ° C で溶出後</li>
		<li>ホット プレート (約 100 ° C) にガラス基板 (5 × 5 cm2) を配置し、基板上にソリューションの 750 μ L をドロップします。 注意: ソリューション保管すべき熱い会場からポリマーを防ぐために削除プロセス中に。</li>
		<li>サンプルを乾燥するには、それ一晩暗い状態で室温で維持します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>架橋膜サンプル プロセス<ol>
<li>72 mL の蒸留水、アセトンの 24 mL、25% グルタルアルデヒド溶液 2 mL、塩酸 2 mL を 100 mL のバイアルに追加します。この混合物を架橋試薬と呼びます。</li>
		<li>ペトリ皿 (約 9.5 cm 径) にサンプルをガラス基板を入れ、膜が完全に浸漬されるまで架橋試薬を追加します。</li>
		<li>30 分後、蒸留水と架橋のソリューションを置き換えるし、一度洗います。</li>
		<li>へらを使用してガラス基板から膜をはがして、暗い状態で蒸留水で保存できます。この POM/高分子膜は、POM、PVA、PAM と呼ばれます。 注: 次のプロセス (ドナー金属や MnOx堆積反応) を膜を使用すると、剥がれプロセス省略します。</li>
		<li>POM/PVA/パムと顕微ラマンと FT-IR 分光法を使用して、膜13の化学構造を決定します。参照と同じ方法により調製した PVA/PAM (POM に欠けている) 試料の赤外スペクトルを取る。</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. ドナー金属 (Ce3 +と Co2 +) と POM/高分子膜の反応
<ol><li>Ce3 +ソリューションの準備。<ol>
<li>50 mL バイアルに Ce (3)3 • 6 H2O と撹拌棒の 2.08 g を追加します。</li>
		<li>バイアルに 30 mL の水を追加し、すべての Ce (3)3を溶解する攪拌します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ce3 +膜サンプルの反応<ol>
<li>ペトリ皿 (約 9.5 cm 径) に膜サンプルを入れて、膜が完全に浸漬されるまで Ce3 +ソリューションを追加します。</li>
		<li>ペトリ皿を 5 h で 80 ° C に予熱したオーブンに入れます。</li>
		<li>蒸留水と Ce3 +ソリューションを置き換える、一度洗ってください。</li>
		<li>暗い状態で蒸留水に格納します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>Co2 +溶液の調製<ol>
<li>Ce3 +と Co2 +と反応した同じ準備および Ce3 +で使用する CoCl2• 6 H2O Ce (3) ではなく3 • 6 H2o. サンプルの 1.14 g を除いてとして反応プロシージャを使用します。ポンポン、PVA、PAM、Ce と POM/PVA/PAM/Co をそれぞれと呼ばれます。</li>
		<li>本研究ではドナー金属イオン13と反応後の PW12O403 -分子の構造を決定する POM、PVA、PAM、Ce および POM、PVA、PAM、Co の顕微ラマン スペクトルを調べた。これらのサンプルの光学特性も調べた紫外可視分光法を用いたします。</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. MnOx水酸化触媒の析出
注: コロイド MnOxの準備と蒸着の手順に従ってベニート ・ ペレスら198915高島ら201216、それぞれ。
<ol><li>コロイドの MnOx溶液の調製<ol>
<li>KMnO4と撹拌棒の 39.4 mg を 30 mL のビーカーに追加します。 注意: 注意: KMnO4は非常に酸化材料;それを使用、プラスチック スプーンを使用、もの、メタルじゃないです。</li>
		<li>ビーカーに 10 mL の水を加えるし、すべて KMnO4を完全に溶けるまでかき混ぜます。</li>
		<li>ナ2S2O3• 5 H2O および楕円形の撹拌棒の 50 mg を 500 mL の丸底フラスコに追加します。</li>
		<li>フラスコに 20 mL の水を追加し、すべて Na2S2O3を完全に溶けるまでかき混ぜます。</li>
		<li>KMnO4溶液 10 mL をフラスコを激しく攪拌しながら下伝に追加します。 注: KMnO4ソリューションは、集計の MnO2の形成を防ぐためにゆっくり追加する必要があります。</li>
		<li>KMnO4ソリューションを追加すると、すぐにフラスコに 470 mL の蒸留水を追加します。</li>
		<li>2 時間以上攪拌し続けるし、(溶射) 次工程への解決策をすぐに使用します。</li>
	</ol>
</li>
	<li>膜サンプルに MnOxコロイド溶液を噴霧<ol>
<li>シリコーンゴム製の蒸着に使用する領域を決定するためのマスクでホット プレート (約 60 ° C) に膜サンプルを配置します。 注: MnOx触媒の成膜、膜サンプルはガラス基板上に配置する必要があります。場合は、基板から、膜を剥離されていないが、彼らは、ホット プレートの上に配置します。蒸着プロセスの間ウェット膜の表面を維持します。マスクは、膜がスプレーガンから高い空気圧力のために飛ぶを防ぐために重量としても動作します。</li>
		<li>コロイド MnOxソリューション自動スプレーに接続して 500 mL ボトルにホット プレートの上 (材料の表を参照) を銃し、膜に溶液をスプレー 300 mL を追加します。</li>
		<li>ボトル内のボリュームが少なくなると、ボトルに残りのコロイド溶液を追加します。</li>
		<li>暗い状態で蒸留水にサンプルを格納します。MnOx後-蒸着、POM、PVA、PAM、Ce、MnOxまたは POM、PVA、PAM、Co、MnOxサンプルと呼ばれます。</li>
		<li>POM、PVA、PAM、Co、MnOxの可視光照射下での電子移動特性は、特定の電極電位で光電気化学測定を使用して監視されました。光電気化学的実験を行う膜サンプル上に作製した透明2O3 (伊藤) 電極 Sn ドープします。</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<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. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificial+Photosynthesis:+Solar+Splitting+of+Water+to+Hydrogen+and+Oxygen.">Artificial Photosynthesis: Solar Splitting of Water to Hydrogen and Oxygen.</a> Accounts of Chemical Research. 28, 141-145 (1995).</li><li>Lewis, N. S., Nocera, D. 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>

著者が明らかに何もありません。

ヘレンらにより導入された架橋メソッドを適用することが重要14自立膜を開発します。ポリ酢酸ビニルは、この研究のベースポリマーとして適用された自立膜の形成を防止する H3PW12O40の集計が発生しました。ただし、ベースポリマーとしてナフィオンを用いた膜の作製を試みたとき、なかった Ce3 +と Co2 +反応の進行自立膜の作製が実現しました。本研究では、膜中の電子転送を保証する読み込み量に変更された 80 wt % H3PW12O40 10 wt %hetelopolyanions ヘレンらの作業で使用するのと14。
顕微ラマン スペクトルを示した POM の分子構造がポリマー マトリックス Ce3 +と Co2 +ラマン、Keggin ピーク特性の保存によって立証されるように反応の前後の両方で保持された高いポンポン17 (図 1、) の構造。FT-IR による分析は、ポンポンはポリマー マトリックスに組み込まれて正常にことを確認しました。ポンポン、14がわずかにずれるに発見された高分子の機能別グループに対応する振動ピーク (図 1b) との反応時に POMs にポリマーの水素結合が形成されることを示します。この水素結合の形成はまた架橋プロセスは凝集を避けるために使用されたとき結晶 H3PW12O40高分子マトリックスなしと比較してポンポンの分子分散をサポートします。
Ce3 +と Co2 +と POM、PVA、PAM のステップバイ ステップの反応によりドナー金属の柔軟な選択、望ましい光化学多電子移行反応を可能にするため非常に重要なパラメーターであります。金属と反応後サンプルの明白な色は無色から淡黄色 (POM、PVA、PAM、Ce) とピンク (POM PVA、PAM、Co) (図 2) から変更。紫外-可視スペクトルは、可視領域で (図 3、)、金属-金属電荷移動 (MMCT) に割り当てられている新しい吸収を示した。ドナー金属によって異なります吸収波長のだ (Ce3 + 420 nm と Co2 + 395 の nm; 530 で吸収の Co2 +d d 遷移に POM/PVAPAM/Co で nm が割り当てられます)、吸収範囲をすることができることを示すドナー金属を変更することによって制御されます。
構築された MMCT システムでは、写真は、MnOx水酸化触媒をアクティブにする機能を所有しています。可視光照射による電子移動は、POM、PVA、PAM、Ce、MnOxまたは POM、PVA、PAM、Co、MnOx 2O3 (伊藤) 電極 Sn ドープ上に作製した光電気化学測定によって確認されました。光照射は、POM、PVA、PAM、Co および POM、PVA、PAM、MnOx無視光電流 (図 3b) の生成中に POM、PVA、PAM、Co、MnOxと POM、PVA、PAM、Ce、MnOxの現在の値を強化しました。PW 間分子間ホッピングでポンポン、PVA、PAM、Co、MnOxの可視光照射による MMCT (CoII → WVI) と ITO 電極に PW12O403−サイトでの電子の移動12O403−分子。さらに、Co のサイトで生成された穴は、MnOxに移されました。顕微ラマン散乱光電気化学測定示したポンポン構造に保持されたその Ce も Co 酸化物が形成され後に、実施したサンプルが安定していることを示す (少なくともこの実験的時間スケール)。POM、PVA、PAM、Co、MnOxと POM、PVA、PAM、Ce、MnOxの写真現在の違いは、Ce4 +/Ce3 +と Co3 +/Co2 +酸化還元対の間の酸化還元電位差によって説明できます。Co3 +/Co2 +カップルより肯定的な酸化還元電位 Ce4 +/Ce3 +カップルよりも所有しているので、Co サイトに MnOxからの電子移動を促進するために便利です。再びこの観察では、ドナーの金属の柔軟な選択肢を持つことの重要性を強調しています。さらに、POMs13の他のタイプを用いたを受容体サイトの酸化還元電位を制御できることを示した前の研究でこれは両方の酸化を促進する反応場のこの POM/ポリマー複合材料の可用性を展開されます。還元反応。
酸素発生反応を監視するため、回転リング-ディスク電極を用いた電気化学的手法を適用されます。ディスク、ディスク部分だったグラッシー カーボンとリング部分だった Pt リング ディスク電極部に膜サンプルを作製しました。光電気化学測定中に O2生産リング部分で削減し、現在の軽減がみられました。図 4光照射に応答現在減少の増加を示します。水の酸化この結果証拠は、MnOx光照射下での表面に開始されました。リング部分に現在観察される減少は約 1 μ A と対応するフォト電流が約 2 μ A です。MnOx水の酸化反応は 4 電子プロセスと、リング部分に O2の削減が 2 電子プロセス水の酸化反応の光電流のクーロン効率はこのようにほぼ 100% です。私達の実験の条件で適用された過電圧は 460 mV。MnO2孟らによって電気化学的 OER の報告活動18は 0.5 〜 0.7 の範囲で 10 mA cm-2 pH での電流密度に到達する V = 13。我々 は単に、これらの値を比較できませんが読み込みメソッドと MnOx自体の OER 活動が今後の研究において改善されるべきロード量と膜体制で、MnOxの表面積を知られているためは。
このレポートは、架橋プロセスを適用することによって柔軟な高分子マトリックス中ポリ酸ベース MMCT ユニットを構築に使用される方法を示します。この MMCT ベース光応答性膜の制限は、可視光の弱い吸収です。MMCT ユニットの金属間の電子的相互作用が弱いのでオキソ架橋金属ベース電荷転送システムの吸収係数は一般に小さい。まだ、このシステムは、従来半導体 - またはライトの耐久性と酸化還元分離型光システムを達成するためにチューニングの観点から有機分子光増感剤に比べ有利です。電子受容体として電極や MnOx OER 触媒穴受容体; として駆使しただし、この膜システムは、また使用するため該当する可視光照射によるさまざまな酸化還元反応をトリガーすることができます他の触媒システム。この手法が化学太陽光変換システムを構築するためのプラットフォームを準備するため新たな戦略を提供することと考えています。

地球規模の気候を改善することができる代替エネルギー源の提供を有効にする必要がある人工光合成や太陽電池を用いた太陽エネルギー変換システムの開発とエネルギー問題1,2、 3,4。光機能性材料は、2 つのグループ、半導体系、有機分子系に大別されることができます。改善は、まだ正確な電荷転送コントロールの不足に苦しむ半導体システムと有機分子システムはに関して十分に耐久ではないために、必要があります多くの異なる機種を開発しているが、光照射。ただし、無機分子電荷転送ユニット部品としての使用は、これらのそれぞれの問題を改善できます。たとえば、フレイらシステムを開発オキソ架橋金属メソ多孔体シリカ表面にグラフト フォト照射による金属 - 電荷移動 (MMCT) を誘導し、光化学酸化還元反応5,をトリガーすることができます。6,7,8,9。
当社グループの電子アクセプター報10、11,12, 多核システムを使用する期待してポリ (POM) を利用した多環系を 1 つのアトミック システムを拡張になります。誘導と多電子移動反応の制御で有利なエネルギー変換で重要な概念であります。ここで説明したプロトコル、高分子マトリックス中13報告どおり POM ベース MMCT システムを準備するために使用する詳細な方法を提案する.膜型構成は陽極と陰極の反応生成物の間の製品分離のために好ましいです。高ポンポン内容でも、自立膜の形成可能な架橋法が適用されました。光電気化学測定は、ドナー金属の適切な選択がターゲットをトリガーするキーであることを証明しました。POM/ドナー金属システムは、可視光照射下における多電子移動触媒をアクティブに写真増感剤として動作します。この作品では、MnOxを利用して水の酸化反応の多電子移動触媒として、この光機能システムは様々 な POMs、ドナー金属触媒を用いた反応の他のタイプと使用できるも。

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

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

写真活性化の目的で多 (PW12O403 -)、(Ce3 +または Co2 +)、遷移金属イオンと有機高分子を用いた電荷移動の発色団を準備する方法を提案します。酸素発生酸化マンガン触媒、人工光合成に重要なコンポーネントであります。架橋応用高 PW12O403 -コンテンツの自立膜を取得します。定款及び PW12O403 -高分子マトリクス内の構造保持赤外・顕微ラマン分光法によって確認され、明らかにした紫外可視分光法による光学的特性を調べた金属-金属電荷転送 (MMCT) 単位の成功の建設。MnOx酸素触媒の成膜は、可視光照射下での光電流測定確認連続電荷、Mn → MMCT ユニット → 電極、および光電流強度は酸化還元と一致していたドナー金属 (Ce または Co) の可能性があります。このメソッドは、触媒と光機能性材料を使用するための光子吸収部品を含む統合されたシステムを準備するため、新たな戦略を提供します。

ポリマー マトリックスでポンポン構造の保持が確認された赤外・顕微ラマン分光法 (図 1)。POM の Keggin 構造に対応する振動ピークが観察された、ポリマーのピークは水素ポンポンと結合によってシフトされる発見されました。分光分析は電荷転送部の成功建設を決定する非常に有用なこれはサンプル (図 2) の見かけの色の変化によっても確認されました。すべてのコンポーネントが適切に配置されると、電荷移動を実現するため紫外可視分光法と光電気化学測定 (図 3) によっても確認されました。特に、分光と光電気化学の結果は従って合成手法の有効性をサポートする光照射下で 1 つの方向の電荷移動を確認しました。MnOx O2の生産還元 O2削減に対応する電流を光の下で観察できる回転リング ディスク電極方式を採用した間接電気化学的手法を用いたモニタリング照射 (図 4)。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58072/58072fig1.jpg"> 図 1: 顕微ラマンと FT-IR スペクトル。(a)の前に膜試料の顕微ラマン スペクトル (POM/PVA/パム、黒線)、Ce (3)3 (POM、PVA、PAM、Ce、赤い線) または CoCl2 (POM/PVA/PAM/Co、青線) との反応による。結晶 H3PW12O40のスペクトルはまた (濃い黄色) の参照として表示されます。20 の強度と 532 nm レーザー mW がサンプルに照射し、スペクトルを得る使用されました。(ポンポン欠けているサンプル (黒線) と POM/PVA/PAM (赤い線) 膜サンプル b) FT-IR スペクトル。サンプルされた KBr 窓を完備して自家製伝送赤外線真空セルにマウントされ、そのスペクトルが重水素化グリシン硫酸検出器を室温で透過モードで得られました。この図は、2017年13、著作権 2017年アメリカ化学会山口らの許可を得て変更されています。<a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/58072/58072fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58072/58072fig2.jpg"> 図 2: 膜のサンプルの写真。左: POM、PVA、PAM、中央: POM/PVA/PAM/Ce と右: POM、PVA、PAM、株式<a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/58072/58072fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58072/58072fig3.jpg"> 図 3: 紫外-可視拡散反射スペクトルと - t 曲線。(a)トップ: (黒線) 前にポンポン、PVA、PAM 膜試料の拡散反射スペクトルを紫外可視と Ce (3)3 (POM、PVA、PAM、Ce、赤い線) との反応による。ポンポン欠けている膜サンプル (青線) の参照として Ce (3)3と反応している後のスペクトル。下: 紫外-可視の拡散反射スペクトル (黒線) 前に PAM/ポンポン/PVA 膜サンプル CoCl2 (POM、PVA、PAM、Co、赤い線) との反応の前後。ポンポン欠けている膜サンプル (PVA/PAM) CoCl2と反応しなかったしたがって、CoCl2の水溶液の紫外可視吸収スペクトルは (青線) の参照として使用されました。インセット (後に反応する前にマイナス反応) スペクトル減算が。(b)私-(黒線)、(暗い黄色ライン) ポンポン、PVA、PAM、Ce、MnOx(赤い線) ポンポン、PVA、PAM、Co、MnOxt曲線 POM/PVA/PAM/Co および ITO 電極上に作製した (青線) ポンポン、PVA、PAM、MnOxサンプルAr バブリングの 20 分後に可視光を照射します。光源は、紫外線吸収を防ぐために 450 nm カットオフ フィルター搭載 300 W キセノン ランプだった。電解質はとても4 (pH 10、1 M NaOH で調整) と応用可能性は +1100 mV 0.1 M ナ2(vs [女] 標準水素電極)。この図は、2017年13、著作権 2017年アメリカ化学会山口らから変更されています。<a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/58072/58072fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58072/58072fig4.jpg"> 図 4:私-tリング カーブ回転リング ディスク電極光照射下での一部。ポンポン、PVA、PAM、Co、MnOxはディスク部分上に作製しました。回転数が 1500 rpm とディスクと潜在的なリングを維持していた 1120 mV と-280 mV 対彼女は、それぞれ。<a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/58072/58072fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください</a>。

Watch this Scientific Journal Video about Preparation of Polyoxometalate-based Photo-responsive Membranes for the Photo-activation of Manganese Oxide Catalysts at JoVE.com

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

マンガン酸化物触媒の光活性化用ポリ酸を用いた光応答性膜の作製

ここでは、ポリ/ポリマー複合膜を用いた電荷転送発色団を準備するためのプロトコルを提案する.

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

preparation-polyoxometalate-based-photo-responsive-membranes-for

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

7.6K ビュー.  The University of Tokyo. ここでは、ポリ/ポリマー複合膜を用いた電荷転送発色団を準備するためのプロトコルを提案する.

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

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and reduction half reactions, and fast electron (hole) diffusion and charge separation. Nanowires present suitable architectures to meet these requirements. Axially segmented Ag|ZnO and radially segmented (coaxial) TiO2-Ag nanowires with a diameter of 200 nm and a length of 6-20 &#181;m were made by templated electrodeposition within the pores of polycarbonate track-etched (PCTE) or anodized aluminum oxide (AAO) membranes, respectively. In the photocatalytic experiments, the ZnO and TiO2 phases acted as photoanodes, and Ag as cathode. No external circuit is needed to connect both electrodes, which is a key advantage over conventional photo-electrochemical cells. For making segmented Ag|ZnO nanowires, the Ag salt electrolyte was replaced after formation of the Ag segment to form a ZnO segment attached to the Ag segment. For making coaxial TiO2-Ag nanowires, a TiO2 gel was first formed by the electrochemically induced sol-gel method. Drying and thermal annealing of the as-formed TiO2 gel resulted in the formation of crystalline TiO2 nanotubes. A subsequent Ag electrodeposition step inside the TiO2 nanotubes resulted in formation of coaxial TiO2-Ag nanowires. Due to the combination of an n-type semiconductor (ZnO or TiO2) and a metal (Ag) within the same nanowire, a Schottky barrier was created at the interface between the phases. To demonstrate the photocatalytic activity of these nanowires, the Ag|ZnO nanowires were used in a photocatalytic experiment in which H2 gas was detected upon UV illumination of the nanowires dispersed in a methanol/water mixture. After 17 min&#160;of illumination, approximately 0.2 vol% H2 gas was detected from a suspension of ~0.1 g of Ag|ZnO nanowires in a 50 ml 80 vol% aqueous methanol solution.

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

ZnOと同軸のTiO |光触媒活性セグメント化銀の調製および使用<sub&gt; 2</subテンプレート化電製&gt; - 銀ナノワイヤー

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

工学

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

層ごとの合成と自立共役高分子ナノ薄膜マイクロポーラスの譲渡

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

化学

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O substrates outside vacuum at low temperature. The performance of photovoltaic devices featuring atmospherically fabricated ZnO/Cu2O heterojunction was dependent on the conditions of AP-SALD film deposition, namely, the substrate temperature and deposition time, as well as on the Cu2O substrate exposure to oxidizing agents prior to and during the ZnO deposition. Superficial Cu2O to CuO oxidation was identified as a limiting factor to heterojunction quality due to recombination at the ZnO/Cu2O interface. Optimization of AP-SALD conditions as well as keeping Cu2O away from air and moisture in order to minimize Cu2O surface oxidation led to improved device performance. A three-fold increase in the open-circuit voltage (up to 0.65 V) and a two-fold increase in the short-circuit current density produced solar cells with a record 2.2% power conversion efficiency (PCE). This PCE is the highest reported for a Zn1-xMgxO/Cu2O heterojunction formed outside vacuum, which highlights atmospheric pressure spatial ALD as a promising technique for inexpensive and scalable fabrication of Cu2O-based photovoltaics.

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Here we present a protocol for synthesizing Zn1-xMgxO/Cu2O heterojunctions in open-air at low temperature via atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) of Zn1-xMgxO on cuprous oxide. Such high quality conformal metal oxides can be grown on a variety of substrates including plastics by this cheap and scalable method.

銅で改善されたヘテロ接合品質<sub&gt; 2</sub析出した大気圧空間原子層の最適化により&gt; O系太陽電池<br /&gt; Znの<sub&gt; 1-xの</sub&gt; Mgの<sub&gt; X</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

Morphology Control for Fully Printable Organic&#8211;Inorganic Bulk-heterojunction Solar Cells Based on a Ti-alkoxide and Semiconducting Polymer

The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting material. However, fullerene derivatives are air-sensitive; therefore, air-stable material is needed as an alternative. In the present study, we propose and describe the properties of Ti-alkoxide as an alternative electron-accepting material to fullerene derivatives to create highly air-stable BHJ solar cells. It is well-known that controlling the morphology in the photoactive layer, which is constructed with fullerene derivatives as the electron acceptor, is important for obtaining a high overall efficiency through the solvent method. The conventional solvent method is useful for high-solubility materials, such as fullerene derivatives. However, for Ti-alkoxides, the conventional solvent method is insufficient, because they only dissolve in specific solvents. Here, we demonstrate a new approach to morphology control that uses the molecular bulkiness of Ti-alkoxides without the conventional solvent method. That is, this method is one approach to obtain highly efficient, air-stable, organic-inorganic bulk-heterojunction solar cells.

A method for fully printable, fullerene-free, highly air-stable, bulk-heterojunction solar cells based on Ti alkoxides as the electron acceptor and the electron-donating polymer fabrication is described here. Moreover, a method for controlling the morphology of the photoactive layer through the molecular bulkiness of the Ti-alkoxide units is reported.

チタンアルコキシドおよび半導体ポリマーに基づいて、完全に印刷可能な有機 - 無機バルクヘテロ接合太陽電池用形態制御

The photoactive layer of a typical organic thin-film bulk-heterojunction (BHJ) solar cell commonly uses fullerene derivatives as the electron-accepting ...

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

Here, we describe an effective protocol that combines photoredox Ni/Ir catalysis with the use of a Zn-alkoxide for efficient ring-opening polymerization, allowing for the synthesis of isotactic poly(&#945;-hydroxy acids) with expected molecular weights (&#62;140 kDa) and narrow molecular weight distributions (Mw/Mn &#60; 1.1). This ring-opening polymerization is mediated by Ni and Zn complexes in the presence of an alcohol initiator and a photoredox Ir catalyst, irradiated by a blue LED (400 - 500 nm). The polymerization is performed at a low temperature (-15 &#176;C) to avoid undesired side reactions. The complete monomer consumption can be achieved within 4 - 8 hours, providing a polymer close to the expected molecular weight with narrow molecular weight distribution. The resulted number-average molecular weight shows a linear correlation with the degree of polymerization up to 1000. The homodecoupling 1H NMR study confirms that the obtained polymer is isotactic without epimerization. This polymerization reported herein offers a strategy for achieving rapid, controlled O-carboxyanhydrides polymerization to prepare stereoregular poly(&#945;-hydroxy acids) and its copolymers bearing various functional side-chain groups.

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

A protocol for the controlled photoredox ring-opening polymerization of O-carboxyanhydrides mediated by Ni/Zn complexes is presented.

OCarboxyanhydrides ニッケル/亜鉛錯体による媒介のユウロピウムの開環重合

Here, we describe an effective protocol that combines photoredox Ni/Ir catalysis with the use of a Zn-alkoxide for efficient ring-opening polymerization, ...

Surface Functionalization of Metal-Organic Frameworks for Improved Moisture Resistance

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. However, the main issue limiting their applicability is their poor stability in humid conditions. The common methods to overcome this problem involve the formation of strong metal-linker bonds by using highly charged metals, which is limited to a number of structures, the introduction of alkylic groups to the framework by post-synthetic modification (PSM) or chemical vapour deposition (CVD) to enhance overall hydrophobicity of the framework. These last two usually provoke a drastic reduction of the porosity of the material. These strategies do not permit to exploit the properties of the MOF already available and it is imperative to find new methods to enhance the stability of MOFs in water while keeping their properties intact. Herein, we report a novel method to enhance the water stability of MOF crystals featuring Cu2(O2C)4&#160;paddle-wheel units, such as HKUST (where HKUST stands for Hong Kong University of Science &#38; Technology), with the catechols functionalized with alkyl and fluoro-alkyl chains. By taking advantage of the unsaturated metal sites and the catalytic catecholase-like activity of CuII ions, we are able to create robust hydrophobic coatings through the oxidation and subsequent polymerization of the catechol units on the surface of the crystals under anaerobic and water-free conditions without disrupting the underlying structure of the framework. This approach not only affords the material with improved water stability but also provides control over the function of the protective coating, which enables the development of functional coatings for the adsorption and separations of volatile organic compounds. We are confident that this approach could also be extended to other unstable MOFs featuring open metal sites.

Robust functional catechol coatings were produced in one step by direct reaction of the material known as HKUST with synthetic catechols under anaerobic conditions. The formation of homogeneous coatings surrounding the entire crystal is ascribed to the biomimetic catalytic activity of Cu(II) dimers on the external surface of the crystals.

金属有機性フレームワークの耐湿性を向上のための表面機能化

Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of porous inorganic materials with promising properties in gas storage and separation, catalysis and sensing. ...

Electrophoretic Crystallization of Ultrathin High-performance Metal-organic Framework Membranes

We report the synthesis of thin, highly intergrown, polycrystalline metal-organic framework (MOF) membranes on a wide range of unmodified porous and non-porous supports (polymer, ceramic, metal, carbon, and graphene). We developed a novel crystallization technique, which is termed the ENACT approach: the electrophoretic nuclei assembly for the crystallization of highly intergrown thin films (ENACT). This approach allows for a high density of heterogeneous nucleation of MOFs on a chosen substrate via the electrophoretic deposition (EPD) directly from the precursor sol. The growth of well-packed MOF nuclei leads to a highly intergrown polycrystalline MOF film. We show that this simple approach can be used for the synthesis of thin, intergrown zeolite imidazole framework (ZIF)-7 and ZIF-8 films. The resulting 500 nm-thick ZIF-8 membranes show a considerably high H2 permeance (8.3 x 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1) and ideal gas selectivities (7.3 for H2/CO2, 15.5 for H2/N2, 16.2 for H2/CH4, and 2655 for H2/C3H8). An attractive performance for C3H6/C3H8 separation is also achieved (a C3H6 permeance of 9.9 x 10-8 mol m-2 s-1 Pa-1 and a C3H6/C3H8 ideal selectivity of 31.6 at 25 &#176;C). Overall, the ENACT process, owing to its simplicity, can be extended to synthesize intergrown thin films of a wide range of nanoporous crystalline materials.

A simple, reproducible, and versatile approach for the synthesis of intergrown, polycrystalline metal-organic framework membranes on a wide range of unmodified porous and non-porous supports is presented.

極薄高性能金属有機性フレームワーク膜の電気泳動の結晶化

We report the synthesis of thin, highly intergrown, polycrystalline metal-organic framework (MOF) membranes on a wide range of unmodified porous and ...

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

Developing photocatalytic H2 production devices is the one of the key steps for constructing a global H2-based renewable energy infrastructure. A number of photoactive assemblies have emerged where a photosensitizer and cobaloxime-based H2 production catalysts work in tandem to convert light energy into the H-H chemical bonds. However, the long-term instability of these assemblies and the need for hazardous proton sources have limited their usage. Here, in this work, we have integrated a stilbene-based organic dye into the periphery of a cobaloxime core via a distinct axial pyridine linkage. This strategy allowed us to develop a photosensitizer-catalyst hybrid structure with the same molecular framework. In this article, we have explained the detailed procedure of the synthesis of this hybrid molecule in addition to its comprehensive chemical characterization. The structural and optical studies have exhibited an intense electronic interaction between the cobaloxime core and the organic photosensitizer. The cobaloxime was active for H2 production even in the presence of water as the proton source. Here, we have developed a simple airtight system connected with an online H2 detector for the investigation of the photocatalytic activity by this hybrid complex. This photosensitizer-catalyst dyad present in the experimental setup continuously produced H2 once it was exposed in the natural sunlight. This photocatalytic H2 production by the hybrid complex was observed in aqueous/organic mixture media in the presence of a sacrificial electron donor under complete aerobic conditions. Thus, this photocatalysis measurement system along with the photosensitizer-catalyst dyad provide valuable insight for the development of next generation photocatalytic H2 production devices.

Developing Photosensitizer-Cobaloxime Hybrids for Solar-Driven H2 Production in Aqueous Aerobic Conditions

We have directly incorporated a stilbene-based organic dye into a cobaloxime core to generate a photosensitizer-catalyst dyad for photocatalytic H2 production. We have also developed a simple experimental setup for evaluating the light-driven H2 production by photocatalytic assemblies.

水性好気性条件下での太陽駆動H2生産用光感センシタイザー・コバロキシムハイブリッドの開発

Developing photocatalytic H2 production devices is the one of the key steps for constructing a global H2-based renewable energy infrastructure. A number ...

Metal Oxide Heterojunction for Photocatalytic Activities

There is a significant global demand for improvements in synthesis techniques and their optimal characteristics, especially for industrial-scale applications. Sol-gel-based solution combustion synthesis (SG-SCS) is a simple method to produce ordered porous materials. In this regard, Pearson&#39;s hard and soft acids and bases theory assists in selecting host-dopant reactivity to form a proper heterojunction.
The formation of a heterojunction also changes the essential properties of the materials, improving photocatalysis via charge transfer or synergistic activities. A calcination temperature of 500 &#176;C is ideal for this process based on the results of the stability assessment via a differential thermogravimetry ratio analysis (DTG).
The nanoscale dimensions of the nanoparticles (NPs) and nanocomposites (NCs) generated were validated using X-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Furthermore, the scanning electron microscopy micrographs and BET analyses confirmed the porosity nature of the materials. HRTEM, X-ray photoelectron spectroscopy, and energy-dispersive X-ray investigations established the materials composition. The study found that NCs degraded the acid orange 8 (AO8) color more efficiently than bare ZnO.

The development of a heterojunction boosts the photocatalytic activities of solution combustion synthesis, which is a time-/energy-efficient process. Advanced analytical characterization techniques were used in this protocol to evaluate the materials&#39; characteristics, and nanocomposites demonstrated improved acid orange-8 dye degradation.

There is a significant global demand for improvements in synthesis techniques and their optimal characteristics, especially for industrial-scale ...

持続性発光ナノ粒子の水熱合成

Synthesis of Persistent Luminescent Nanoparticles for Rewritable Displays and Illumination Applications

Persistent luminescent nanoparticles (PLNPs) possess the capabilities to maintain extended longevity and robust emission even after the excitation has ceased. PLNPs have been widely used across various domains, including information displays, data encryption, biological imaging, and artistic decoration with sustained and vivid luminosity, providing boundless possibilities for a variety of innovative technology and artistic projects. This protocol focuses on an experimental procedure for the hydrothermal synthesis of PLNPs. The successful synthesis of enduring luminescent nanomaterials with Mn2+ or Cr3+ serving as a luminescent center in Zn2GeO4: Mn (ZGO: Mn) or ZnGa2O4: Cr highlights the universality of this synthetic method. On the other hand, the optical properties of ZGO: Mn can be changed by adjusting the pH of precursor solutions, demonstrating the tunability of the protocol. When charged with ultraviolet (UV) at a wavelength of 365 nm for 3 min and then stopped, PLNPs exhibit the remarkable capacity to generate afterglow efficiently and consistently, which makes them ideal for making two-dimensional rewritable displays and three-dimensional transparent, luminous artworks. This protocol outlined in this paper provides a feasible method for the synthesis of persistent luminescent nanoparticles for further illumination and imaging applications, opening up novel prospects for the fields of science and art.

著者スポットライト:機能性ナノ材料によるバイオイメージングと治療の進歩

A protocol is presented for the synthesis of persistent luminescent nanomaterials (PLNPs) and their potential applications in rewritable displays and artistic processing utilizing the afterglow effect under ultraviolet light (365 nm) irradiation.

リライタブルディスプレイおよび照明アプリケーションのための持続性発光ナノ粒子の合成

Persistent luminescent nanoparticles (PLNPs) possess the capabilities to maintain extended longevity and robust emission even after the excitation has ...

マンガン酸化物触媒の光活性化用ポリ酸を用いた光応答性膜の作製

要約

さらに動画を探す

この動画の章

ZnOと同軸のTiO |光触媒活性セグメント化銀の調製および使用