E-Locus - Ιδρυματικό Καταθετήριο Πανεπιστημίου Κρήτης

Αρχική Αναζήτηση

Αποτελέσματα - Λεπτομέρειες

Εντολή Αναζήτησης : Συγγραφέας="Κουτσολέλος" Και Συγγραφέας="Αθανάσιος"

Τρέχουσα Εγγραφή: 105 από 125

[Προσθήκη στο καλάθι]

Κωδικός Πόρου

000385665

Τίτλος

Βιοεμπνεόμενα υλικά για τη φωτοκαταλυτική παραγωγή Η2

Άλλος τίτλος

Bio-inspired compounds for the photocatalytic H2 production

Συγγραφέας

Γεωργακάκη, Ειρήνη

Σύμβουλος διατριβής

Κουτσολέλος, Αθανάσιος

Περίληψη

Η ολοένα και πιο απαιτητική ενεργειακά κοινωνία επιτάσσει τη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, όπως είναι η ηλιακή ενέργεια, ως μία βιώσιμη λύση στο πρόβλημα των περιορισμένων αποθεμάτων των ορυκτών ρυπογόνων καυσίμων, η οποία θα παίξει σημαντικό ρόλο στην αειφόρο ανάπτυξή της. Το γεγονός ότι το Η₂ (το πιο καθαρό περιβαλλοντικά καύσιμο υλικό) παράγεται στη φύση μέσω της φωτοσύνθεσης διασπώντας το Η₂Ο, έχει πυροδοτήσει ένα μεγάλο τομέα ερευνητικής δραστηριότητας στην προσπάθεια δημιουργίας κατάλληλων μοντέλων που μπορούν να μιμηθούν τις διαδικασίες αυτές. Προς την κατεύθυνση αυτή η χρήση περιβαλλοντικά φιλικών υδατοδιαλυτών μοριακών μοντέλων της φυσικής χλωροφύλλης -της κύριας φωτοδεσμευτικής ουσίας της φωτοσύνθεσης- αποτελεί μία πρόκληση τόσο για την συνθετική χημεία των πορφυρινών, που αποτελούν τα καλύτερα δομικά μοντέλα της, όσο και για την μελέτη της φωτοκαταλυτικής τους δράσης. Η παρούσα εργασία ασχολείται με βιοεμπνεόμενα υλικά - βασισμένα σε συνθετικά ανάλογα της χλωροφύλλης - και μελέτη τους ως προς την μετατροπή της ηλιακής ενέργειας. Έτσι γίνεται μία μελέτη της παραγωγής Η₂ από Η₂Ο, ακτινοβολώντας στην περιοχή του ορατού φωτός ένα σύστημα αποτελούμενο από έναν υδατοδιαλυτό τεχνητό φωτοευαισθητοποιητή (πορφυρίνη) και έναν καταλύτη παραγωγής Η₂ (μια σύμπλοκη ένωση του κοβαλτίου). Στην περίπτωση αυτή πρόκειται για συλλογή της ηλιακής ενέργειας και απευθείας μετατροπή της σε χημική. Η διαδικασία περιλαμβάνει αρχικά την απορρόφηση ακτινοβολίας από την πορφυρίνη, που είναι η χρωμοφόρα ένωση/φωτοευαισθητοποιητής, προκαλώντας τη διέγερση των ηλεκτρονίων της, τα οποία στη συνέχεια συμμετέχουν σε μία σειρά από οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις με τον καταλύτη προκειμένου να καταλήξουν στην αναγωγή των πρωτονίων του Η₂Ο σε Η₂. Η όλη κατάλυση ολοκληρώνεται με την συνεχή παροχή ηλεκτρονίων από ένα ηλεκτρονιοδότη, μία αμίνη, που χρησιμοποιείται σε μεγάλη περίσσεια στην αντίδραση. Η παρακολούθηση της φωτοκαταλυτικής παραγωγής Η₂ γίνεται με αέρια χρωματογραφία. Συγκεκριμένα η φωτοκαταλυτική παραγωγή Η₂ συνδυάζοντας μία υδατοδιαλυτή μεταλλοπορφυρίνη [ZnTMPyP]⁴⁺(Cl^-)⁴ (φωτοευαισθητοποιητής), μία κοβαλοξίμη [Co(dmgH)₂Cl(py)] (καταλύτης) και μία αμίνη [ΤΕΟΑ, τριαιθανολαμίνη] (δότης θ") βρέθηκε να είναι αρκετά αποδοτική με τη μέγιστη απόδοση να συμβαίνει σε ουδέτερο pH (Turn over number παραγωγής Η₂ ως προς την πορφυρίνη ~300). Παρατηρείται παραγωγή Η₂ ακόμα και όταν συμβαίνει επιλεκτική διέγερση της Q-band της πορφυρίνης επιβεβαιώνοντας το γεγονός ότι η πορφυρίνη είναι αυτή που δρα ως φωτοευαισθητοποιητής στην όλη διαδικασία. Επίσης παρατηρήθηκε ότι η παραγωγή Η₂ σταματάει μετά από παρατεταμένη ακτινοβόληση του μίγματος της αντίδρασης, λόγω σταδιακής αποσύνθεσης τόσο του καταλύτη όσο και της πορφυρίνης. Ανάλογα πειράματα με άλλες υδατοδιαλυτές πορφυρίνες έδειξαν ότι δεν παράγεται Η₂ ακόμα και μετά από πολλές ώρες φωτόλυσης και ακόμα και αν η λάμπα με την οποία γίνεται η ακτινοβόληση "δουλέψει" σε υψηλότερη ενέργεια. Προς την ίδια κατεύθυνση, και με σκοπό να χρησιμοποιηθεί για την φωτοκαταλυτική παραγωγή Η₂, συντέθηκε μία ένωση, πενταπορφυρινικό ανάλογο της [ZnTMPyP]sup>4+/sup>Cl^-)⁴, σε σχήμα αστεριού η οποία βρέθηκε με θεωρητικούς υπολογισμούς να υιοθετεί μια δομή που μοιάζει με έλικα με τις τέσσερις πορφυρίνες (λεπίδες) στην περιφέρεια να συστρέφονται προς την ίδια κατεύθυνση σε σχέση με την κεντρική πορφυρίνη. Η συνθετική προσέγγιση περιλαμβάνει μία αντίδραση συμπύκνωσης μιας φορμυλο-πορφυρίνης, [5,10,15-tris(4'-pyridyl)-20-(4'-formylphenyl)] porphyrin με πυρρόλιο σε προπιονικό οξύ. Το υδατολιαλυτό και μεταλλωμένο με Zn παράγωγο της πενταπορφυρίνης αυτής δοκιμάστηκε κάτω από συνθήκες φωτοκαταλυτικής παραγωγής Η₂, ανάλογες με αυτές που προαναφέρθηκαν, χωρίς όμως δυστυχώς καμία επιτυχία ακόμα και μετά από αύξηση τόσο της ενέργειας της λάμπας και του χρόνου ακτινοβόλησης όσο και της συγκέντρωσης του καταλύτη. Προσπάθειες επίσης έγιναν και προς την σύνθεση σύμπλοκων ενώσεων όπου ο φωτοευαισθητοποιητής (η πορφυρίνη) και το καταλυτικό κέντρο παραγωγής Η₂ [Co(dmgH)₂Cl(py)] είναι ενωμένα μεταξύ τους με ένα υπερμοριακό τρόπο. Σε αυτήν την περίπτωση ωστόσο, παρόλο που η απόδοση της φωτοκαταλυτικής παραγωγής Η₂ θα περίμενε κανείς να είναι αυξημένη (καθότι δεν θα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από διαδικασίες διάχυσης αναγκαίες να φέρουν κοντά όλα τα συστατικά που συμμετέχουν) δεν παρατηρήθηκε να παράγεται καμία ανιχνεύσιμη ποσότητα Η₂.

Φυσική περιγραφή

64 φύλλα : χάρτ., πίν., έγχ. εικ. ; 30 εκ.

Γλώσσα

Ελληνικά

Θέμα

Coordination compounts

Pentaporphyrin

Photocatalysis

Porphyrin

Παραγωγή υδρογόνου

Πενταπορφυρίνη

Πορφυρίνη