Koboltbaserade katalysatorer för ljusdriven vattenoxidation
Vårt projekt
(Detta projekt är i samarbete med Sascha Ott och Stenbjörn Styring.)
Vi har utvecklat ett antal syreutvecklande vattenoxidationskatalysatorer som kan drivas av synligt ljus i vattenlösningar vid neutrala eller svagt basiska förhållanden. En av katalysatorerna är en heterogen katalysator baserad på amorfa koboltoxidnanopartiklar och använder metylendifosfonat (M2P) som en extra ligand. Ruteniumkomplexet Ru(bpy)32+ används som fotosensibilisator och peroxosulfat (S2O82-) som offerelektronacceptor (schema nedan). Närvaron av en ligand möjliggör en förankringspunkt där fotosensibilisator och katalysator kan kopplas samman.
Figur 1, ovan: Schematisk representation av den ljusdrivna vattenoxidationen med användning av nanopartiklar av koboltoxid.
Vi har kopplat fotosensibilisatorn till koboltkatalysatorn genom att använda en modifierad fotosensibilisator som innehåller M2P-grupper, vilket skapar ett hybrid Ru-Co molekylärt/heterogent material. Vi modifierar för närvarande fotosensibilisatorn för att kunna fästas på en TiO2-yta för att få en komplett fotoanod.
Figur 2. Ru-Co-materialet med en molekylär fotosensibilisator kopplad till en heterogen vattenoxidationskatalysator via koordinationsbindningar.
Vi undersöker också molekylära koboltbaserade katalysatorer för vattenoxidation. Vi har studerat både mononukleära och dinukleära komplex med polypyridinligander. Punkten av intresse är mekanismen för vattenoxidation katalyserad av dessa komplex. För att förstå mer om mekanismen försöker vi studera reaktionen under olika förhållanden med hjälp av olika olika spektroskopiska tekniker, t.ex. EPR-spektroskopi och masspektrometri.
Figur 3. Två exempel på koboltbaserade katalysatorer studerade i gruppen.
Det mononukleära koboltkomplexet modifieras för närvarande för att kunna förankras till en elektrodyta för att underlätta utvecklingen av fotoanoder.
Referenser
- Shevchenko, D.; Anderlund, M. F.; Thapper, A.; Styring, S. Energy Envir. Sci. 2011, 4, 1284-1287.
- Risch, M.; Shevchenko, D.; Anderlund, M. F.; Styring, S.; Heidkamp, J.; Lange, K. M.; Thapper, A.; Zaharieva, I. Int. J. Hydrogen Energy 2012, 37, 8878-8888.
- Wang, H. Y.; Liu, J.; Zhu, J.; Styring, S.; Ott, S.; Thapper, A. Phys Chem Chem Phys 2014, 16, 3661-3669.
- Wang, H. Y.; Mijangos, E.; Ott, S.; Thapper, A. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 14499-14502.