تحقیق فوتوسنتز مصنوعی: کاتالیست مولکولی برای تجزیه آب به کمک نور برای سلول های فوتو الکتروشیمیایی

در این قسمت تحقیق فوتوسنتز مصنوعی: کاتالیست مولکولی برای تجزیه آب به کمک نور برای سلول های فوتو الکتروشیمیایی به صورت فایل word برای دانلود ارائه شده است. 

قسمتی از متن تحقیق در زیر نشان داده شده است.

مقدمه

 توسعه سناریوی انرژی بر پایه استفاده از دو منبع تجدیدپذیر انرژی٬ آب و نور خورشید٬ یک راهکار چالشی برای بحران انرژی در دنیای امروز می­باشد. البته تبدیل نور خورشید به انرژی شیمیایی به وسیله تجزیه نوری آب و در واقع تولید اکسیژن و هیدروژن را به روش سازگار با محیط زیست٬ یک سوخت بدون کربن با بالاترین بازدهی و خروجی انرژی به نسبت وزن مولکولی­اش را انجام می دهد. با قدردانی از تکنولوژی پیل سوختی، این مسیر انرژی باعث تبدیل نور به انرژی الکتریکی می شود، که دارای بازده بالا و بدون تولید گازهای گلخانه ای است. همچنین این رویکرد باعث جذب بالای انرژی خورشیدی که به زمین می رسد، می شود. در آن زمینه٬ فوتوسنتز طبیعی یک منبع عظیم الهام برای جامعه علمی است.

تبدیل انرژی نوری به شیمیایی به کمک ارگانیزم های فوتوسنتزی نیز قابل دست­یابی است. به عنوان مثال جلبک و گیاهان از نور برای استخراج الکترون­ها از آب که به اکسیژن اکسید می شود، استفاده می کنند (۱). بیشتر ارگانیزم­ها از این الکترون­های تولید شده با نور برای کاهش دی اکسید کربن اتمسفری و تولید کربوهیدرات ها٬ پروتئین ها یا چربی­ها به عنوان مواد اصلی Biomass بهره می­برند، اما برخی میکرو ارگانیزم مانند سیانو باکتریا یا میکروجلبک­ها قادرند تحت شرایط خاصی هیدروژن فوتوسنتز نمایند (۵-۲). این تبدیل­ها برای دستگاه بیولوژیکی که در شکل ۱ نشان داده شده٬ شناخته می­شود که ترکیبی از دو پروتئین بزرگ پیچیده فوتوسیستم ۱ (PS1) و  فوتوسیستم ۲ (PS2) بوده و به کمک فاکتورهای اکسایش- کاهش متفاوت و یک آنزیم منحصر به فرد، هیدروژناز می­شود. کل فرآیند فوتوسنتزی می تواند به سه محدوده تقسیم شود: ۱) فرآیند برداشت نور و جداسازی بارالکتریکی محلی در PS2 و PS1 ٬ ۲) انتقال جفت الکترون ها بین فاکتور اصلی اکسایش- کاهش در طول زنجیره ی فوتوسنتزی که اجازه جداسازی بار الکتریکی فضایی بیشتری را می دهد و (۳) کاتالیزورهای اکسایش- کاهش چند الکترونی تولید کننده هیدروژن و اکسیژن در مکان های آنزیمی چشم گیر مانند خوشه های دو هسته ای فلزی در هیدروژناز (۶) و مراکز شامل اکسیژن CaMn₄ .(OEC) به محض آن که مساله انرژی حل شود فرآیند فتوسنتزی مثال جذابی و کارآمدی خواهد بود (۷و۸). در ابتدا آرایش منظمی از رنگ دانه ها (که دریافت کننده های سیستم نامیده می شوند) طیف وسیعی از نور مرئی را جذب و نور را به انرژی شیمیایی در PS2 تبدیل می کنند. در مرحله دوم بازترکیب بار به وسیله انتقال الکترون از یک زنجیره شامل الکترون به PSI محافظت می شود. در انتها یک فرآیند دو مرحله ای دریافت نور در PS1 اتفاق می افتد. بنابراین انرژی اضافی برای الکترون ها به هدف نهایی­شان (تثبیت دی اکسیدکربن به کمک سیکل کلوین یا تولید هیدروژناز) تأمین می شود.

بنابراین کاربرد مفهوم حاصل از فوتوسنتز طبیعی برای توسعه تکنولوژی های جدید تولید هیدروژن بسیار جذاب هستند. درک این فرآیند بیولوژیکی و استخراج این دانش برای طراحی تقسیم های مولکولی اصالتاً سنتزی منجر به تبدیل انرژی نوری به شیمیایی براساس گستره وسیعی تحقیقات فوتوسنتز مصنوعی نامیده می شود (۱۰-۸). نظم مولکول های برداشت نور شبیه دریافت کنندهایی است که انرژی بسیاری از فوتون ها را برای انتقال مستقیم به پذیرنده های نهایی جدا کننده بار الکتریکی توسعه می دهند (شکل ۱٫۴ A). مدل شماره ۲ و ۳ بر اساس ارتباط فوتوسنتز کننده با الکترون دهنده و گیرنده یا هر دو جز می باشد که برای تولید جداکننده بارالکتریکی فضایی نور القایی طراحی شده اند (شکل۱٫۴ B). این دو موضوع اول برای سال های بسیاری هسته فوتوسنتز مصنوعی بوده است و هم چنین موضوع جامع و اصلی مرورها می باشد (۲۱-۱۱). استراتژی های بسیاری برای دستیابی حالت های جداسازی بار الکتریکی با عمر طولانی به کار برده شده است که یک نیاز مهم از لحاظ کاربرد الکترون های تولید شده با نور در کاتالیزها می باشد. این مطالعات همچنین منابع عظیم الهام در زمینه سلول های خورشیدی سنتزی و فوتوولتایی ارگانیک می باشد(DSSCs)[22]. این ابزارها اساساً در مدل نوع ۲ ساخته می شوند (شماي۱٫۴B).

مشخه جذاب دیگر فوتوسنتز طبیعی، اهمیت فرآیندهای کاتالیتی اکسایش کاهش چند الکترونی است. در حالیکه کاهش  حاصل از نور برای تولید کربن مونوکسید یا محصولات آلی نیز به کمک کاتالیست های مولکولی نشان داده شده است (۲۳) و تمرکز روی تولید هیدروژن از نور برای تجزیه آب قرار گرفته است.

 در حال حاضر تحقیقات به توسعه دو نیمه واکنش از طریق ترکیب فوتوسنتز کننده ها با یک کاتالیست مناسب برای اکسایش یا کاهش آب به ترتیب به همراه یک الکترون دهنده یا الکترون پذیرنده متمرکز شده اند (شکل ۱٫۴C). عبارت فوتوسنتز مصنوعی در گذشته به سیستم های مولکولی اختصاص داشت در حالی که امروزه برای تجزیه آب در فصل مشترک الکترولیت- نیمه رسانا نیز به کار رفته است (۲۹-۲۴). در این مرور دست یافته های عظیم شناخته شده در طراحی سیستم های فوتوکاتالیستی مولکولی برای اکسیداسیون آب و تولید هیدروژن به کمک نور، بزرگ نمایی می شوند. دورنمای کاربرد چنین سیستم هایی برای توسعه الکترودها به عنوان بخشی از سلول های فوتوالکتروشیمیایی نیز بحث خواهد شد.

فهرست مطالب

• خلاصه
• معرفی 
• سیستم های کاتالیستی مولکولی برای آزادسازی هیدروژن به کمک نور مرئی
• سیستم های آزاد سازی هیدروژن فوتوکالیستی هموژن و ساختار بیولوژیکی فوتوکاتالیستی بر پایه هیدروژنازها
• سیستم های فوتوکاتالیستی چند جزئی سنیتیک آزاد شدن هیدروژن
• فوتوسنتز کننده های مولکولی
• کاتالیست های با پایه  [Fe-Fe]
• کاتالیست های کبالت اکسیم و دی اکسیم-دی ایمین کبالت
• موضوع مکانیزمی
• فوتوکاتالیست های فرامولکولی
• اکسیداسیون همگن آب از طریق نور
• محصولات بیولوژیکی فوتوکاتالیتی بر پایهPS2
• سیستم های رهایش اکسیژن فوتوکاتالیستی چند جزئی سنیتیک
• سیستم های فوتوکاتالیستی با پایه روتینیوم تک و دو هسته ای
• پلی اکسو متالات با پایه کبالت و روتینیوم
• سیستم های فوتوکاتالیستی با پایه منگنز الهام گرفته بیولوژیکی
• دورنما

کاربر گرامی، بلافاصله پس از خرید این پروژه، لینک دانلود آن برای شما فعال می شود. لینک دانلود پروژه به ایمیل شما هم ارسال می شود و با یک کلیک می توانید پروژه خود را دانلود نمایید.