| Περίληψη |
Η ενέργεια εμπλέκεται σε όλα τα σύγχρονα αγαθά και είναι απαραίτητη για την παραγωγή κάθε είδους υπηρεσίας. Η ενέργεια κάνει την ζωή των σύχρονων ανθρώπων εύκολη σε σχέση με την ζωή των προγόνων μας ή των εκατομμυρίων ανθρώπων που την στερούνται. Ωστόσο, η έννοια της ενέργειας είναι συνυφασμένη με τα ορυκτά καύσιμα. Αναπόφευκτα, τα ορυκτά καύσιμα, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο, και ο άνθρακας δεν είναι ατελευτητά. Επίσης, η ανεξέλεγκτη χρήση τους προκαλεί μια σειρά από προβλήματα, στην ατμόσφαιρα και το περιβάλλον. Για τους παραπάνω λόγους, είναι απαραίτητη η στροφή του πλανήτη προς τις μη ρυπογόνους, με δυνατότητα αποθήκευσης και οικονομική παραγωγή ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Μια αρκετά ελπιδοφόρα λύση αποτελεί η παραγωγή υδρογόνου μέσω της φωτοκαταλυτικής διάσπασης του νερού. Η φωτοκατάλυση ορίζεται ως η καταλυτική χημική αντίδραση που περιλαμβάνει την ακτινοβόλησή της παρουσία ενός καταλύτη (φωτοκαταλύτη). Αυτή η διαδικασία εμπνέεται από την φυσική φωτοσύνθεση, όπου ο φωτοκαταλύτης είναι η χλωροφύλλη στα φυτά. Ένας τεράστιος αριθμός καταλυτών φωτοχημικής έκλυσης υδρογόνου έχει μελετηθεί εκτενώς σε συνδυασμό με διαφορετικούς φωτοευαισθητοποιητές. Οι κοβαλοξίμες αποτελούν κατά μακράν τους πλέον χρησιμοποιούμενους καταλύτες έκλυσης υδρογόνου, λόγω της μεγάλης δραστικότητάς τους και της ευκολίας σύνθεσής τους. Οι πορφυρίνες αποτελούν αρκετά υποσχόμενους ευαισθητοποιητές φωτοκαταλυτικής παραγωγής υδρογόνου, όπως στην φύση που χρησιμοποιούνται ως παράγοντες μεταφοράς ηλεκτρονίων και ως φωτοσυνθετικές χρωστικές. Γενικά, τα μόρια των πορφυρινών αποτελούν μια νέα τάξη ευαισθητοποιητών ή και καταλυτών για φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου. Στο πρώτο μέρος της παρούσας εργασίας λαμβάνει χώρα η μελέτη φωτοκαταλυτικών συστημάτων παραγωγής υδρογόνου σε υδατικό περιβάλλον με pH 7. Ειδικότερα χρησιμοποιείται μία σειρά κοβαλοξιμών [Co(dmgH)2(L)Cl] σαν καταλύτες, όπου L είναι ο αξονικός Ν-υποκαταστάτης, και μια υδατοδιαλυτή ως φωτοευαισθητοποιητής. Δότης ηλεκτρονίων στα φωτοκαταλυτικά αυτά συστήματα, χρησιμοποιείται η τριαιθανολαμίνη (ΤΕΟΑ). Ο βέλτιστος αριθμός καταλυτικών κύκλων λαμβάνεται στην περίπτωση που ο L υποκαταστάτης είναι υποκαταστάτης ιμιδαζολίου (1131 ΤΟΝ με Ν-μεθυλο-ιμιδαζόλιο). Χαμηλότερης σταθερότητας φωτοκαταλυτικά συστήματα παρατηρήθηκαν με την χρήση κοβαλοξιμών με διάφορους υποκατάστατες πυριδίνης (443 ΤΟΝ με την 4-μέθυλο-πυριδίνη). Συγκεκριμένα, όταν ο L υποκαταστάτης περιέχει ομάδες που είναι δέκτες ηλεκτρονίων παρατηρείται μείωση της σταθερότητας του φωτοκαταλυτικού συστήματος, αντίθετα, όταν ο L υποκαταστάτης φέρει ομάδες που είναι δότες ηλεκτρονιακής πυκνότητας παρατηρείται αύξηση της σταθερότητας του φωτοκαταλυτικού συστήματος. Είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι, όταν ο υποκαταστάτης L είναι η 4-καρβοξυ-πυριδίνη η δραστικότητα του φωτοκαταλυτικού συστήματος αυξάνεται από 40 σε 223 ΤΟΝ παρουσία νανοσωματιδίων TiO2. Αξίζει να σημειωθεί ότι, για πρώτη φορά πραγματοποιείται συστηματική μελέτη της επίδρασης της χημικής φύσης των κοβαλοξιμών στην φωτοκαταλυτική παραγωγή υδρογόνου σε υδατικό περιβάλλον. Στο δεύτερο μέρος της μεταπτυχιακής διατριβής, παρουσιάζεται για πρώτη φορά στην ιστορία της τεχνιτής φωτοσύνθεσης, ένα πολύ αποδοτικό σύστημα φωτοχημικής παραγωγής υδρογόνου (12100 ΤΟΝ) που περιλαμβάνει δύο διαφορετικές μεταλλοπορφυρίνες προσροφημένες σε νανοσωματίδια TiO2, ύπο την παρουσία της ΤΕΟΑ ως δότη ηλεκτρονίων. Τα πορφυρινικά αυτά παράγωγα, περιλαμβάνουν τέσσερις καρβοξυλικές ομάδες στην περιφέρειά τους, γεγονός που τις κάνει υδατοδιαλυτές. Η πορφυρίνη Pt-TCPP παίζει τον ρόλο του καταλύτη και η πορφυρίνη Pd-TCPP δρα ως φωτοευαισθητοποιητής.
|
Αναζήτηση
