Evaluation of Iridium Complex-Based Photocatalytic Hydrogen Generation System for Artificial Photosynthesis Studies
Aplikace | 2023 | ShimadzuInstrumentace
Umělá fotosyntéza nabízí možnost produkce zeleného vodíku bez CO2 emisí během výroby i spotřeby. Klíčovou metrikou pro hodnocení účinnosti těchto systémů je kvantový výtěžek fotoreakce, který udává, jak efektivně jsou absorpované fotony přeměněny na vodík. Přesná měření tohoto parametru jsou nepostradatelná pro optimalizaci katalytických systémů a posun směrem k udržitelné energetice.
Cílem práce bylo demonstrovat použití systému Lightway™ Photoreaction Evaluation System ve spojení s plynovým chromatografem Nexis™ GC-2030 ke kvantifikaci fotokatalytické redukce vody na vodík za viditelného osvětlení. Jako fotosenzibilizátor byl zvolen iridiový komplex s kumarinovým ligandem a jako katalyzátor redukce vody komplex kobaltu. Studie se zaměřila na stanovení absorpce fotonů, množství vyprodukovaného vodíku a výpočet fotoreakčního kvantového výtěžku.
Pro měření počtu absorbovaných fotonů byl využit systém Lightway při vlnové délce 460 nm, intenzitě 9,00×10-8 einstein s-1 a čase ozáření 5–20 minut. Vyprodukovaný vodík byl kvantifikován na Nexis GC-2030 s TCD detektorem a argonem jako nosným plynem. Použity byly dlouhé krčkové buňky s inertní atmosférou (dusík) a vzorky odebírané 200 μL plynu stříkačkou.
Lineární vztah mezi počtem absorbovaných fotonů a množstvím vodíku byl potvrzen. Podle výpočtu na základě definice Φ1 (vodík/fotony) činil kvantový výtěžek 1,44 %, zatímco při výpočtu Φ2 (elektrony/fotony) dosáhl 2,88 %. Výsledky překonaly předchozí studii využívající jiný iridiový komplex (Φ2 = 0,13 %). Navíc absorpční spektra ukázala pokles množství fotosenzibilizátoru o cca 5 % během 20 minut reakce.
Studie ukázala, že systém Lightway ve spojení s Nexis GC-2030 poskytuje přesné a reprodukovatelné výsledky pro hodnocení kvantového výtěžku fotokatalytické produkce vodíku. Vysoce lineární závislost mezi absorbovanými fotony a produkcí vodíku a výrazně vyšší výtěžky oproti předchozím pracím potvrzují potenciál představené metodiky.
GC
ZaměřeníPrůmysl a chemie
VýrobceShimadzu
Souhrn
Význam tématu
Umělá fotosyntéza nabízí možnost produkce zeleného vodíku bez CO2 emisí během výroby i spotřeby. Klíčovou metrikou pro hodnocení účinnosti těchto systémů je kvantový výtěžek fotoreakce, který udává, jak efektivně jsou absorpované fotony přeměněny na vodík. Přesná měření tohoto parametru jsou nepostradatelná pro optimalizaci katalytických systémů a posun směrem k udržitelné energetice.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem práce bylo demonstrovat použití systému Lightway™ Photoreaction Evaluation System ve spojení s plynovým chromatografem Nexis™ GC-2030 ke kvantifikaci fotokatalytické redukce vody na vodík za viditelného osvětlení. Jako fotosenzibilizátor byl zvolen iridiový komplex s kumarinovým ligandem a jako katalyzátor redukce vody komplex kobaltu. Studie se zaměřila na stanovení absorpce fotonů, množství vyprodukovaného vodíku a výpočet fotoreakčního kvantového výtěžku.
Použitá metodika a instrumentace
Pro měření počtu absorbovaných fotonů byl využit systém Lightway při vlnové délce 460 nm, intenzitě 9,00×10-8 einstein s-1 a čase ozáření 5–20 minut. Vyprodukovaný vodík byl kvantifikován na Nexis GC-2030 s TCD detektorem a argonem jako nosným plynem. Použity byly dlouhé krčkové buňky s inertní atmosférou (dusík) a vzorky odebírané 200 μL plynu stříkačkou.
Hlavní výsledky a diskuse
Lineární vztah mezi počtem absorbovaných fotonů a množstvím vodíku byl potvrzen. Podle výpočtu na základě definice Φ1 (vodík/fotony) činil kvantový výtěžek 1,44 %, zatímco při výpočtu Φ2 (elektrony/fotony) dosáhl 2,88 %. Výsledky překonaly předchozí studii využívající jiný iridiový komplex (Φ2 = 0,13 %). Navíc absorpční spektra ukázala pokles množství fotosenzibilizátoru o cca 5 % během 20 minut reakce.
Přínosy a praktické využití metody
- Kombinace Lightway a Nexis GC-2030 umožňuje přesné stanovení fotonové bilance a produkce vodíku.
- Metoda poskytuje spolehlivá data pro optimalizaci nových fotokatalyzátorů.
- Postup lze přizpůsobit dalším systémům umělé fotosyntézy.
Budoucí trendy a možnosti využití
- Zvýšení solární konverzní účinnosti prostřednictvím nových fotosenzibilizátorů a katalyzátorů.
- Rozšíření rozsahu vlnových délek využitelných pro umělou fotosyntézu (dálnější červené a infračervené).
- Integrace fotokatalytických modulů do škálovatelných zařízení pro průmyslovou produkci vodíku.
- Automatizace a online monitoring fotoreakcí pro kontinuální provoz.
Závěr
Studie ukázala, že systém Lightway ve spojení s Nexis GC-2030 poskytuje přesné a reprodukovatelné výsledky pro hodnocení kvantového výtěžku fotokatalytické produkce vodíku. Vysoce lineární závislost mezi absorbovanými fotony a produkcí vodíku a výrazně vyšší výtěžky oproti předchozím pracím potvrzují potenciál představené metodiky.
Reference
- S. Takizawa et al., Inorg. Chem. 2016, 55, 8723–8735.
- S. De Kreijger et al., Inorg. Chem. 2022, 61, 5245–5254.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Artificial Photosynthesis -Photocatalyst Characterization and Product Quantification
2024|Shimadzu|Brožury a specifikace
C10G-E104 Analytical Solutions for Artificial Photosynthesis -Photocatalyst Characterization and Product Quantification- Toward a Carbon Neutral Society What’s Artificial Photosynthesis Artificial photosynthesis is a technology that artificially performs photosynthesis using photocatalysts and sunlight. It is expected to be a next-generation renewable…
Klíčová slova
chromatograph, chromatographphotoreaction, photoreactionphotosynthesis, photosynthesisフォトン, フォトンreaction, reactiongas, gasmeasurement, measurementlightway, lightwayquantum, quantumスペクトル, スペクトルhydrogen, hydrogenphotons, photonsproduct, productサービス, サービスmicropacked
Analytical and Testing Instruments for Artificial Photosynthesis
2014|Shimadzu|Příručky
C10G-E038 Analytical and Testing Instruments for Artificial Photosynthesis Index Analysis of Reaction Products Analysis of CO Generated from CO2 Reduction Reactions (GC) P4 Analysis of Formic Acid Generated from CO2 Reduction Reactions (GC) P6 Confirmation of Reaction Mechanism Using 13CO2…
Klíčová slova
irradiation, irradiationphotocatalyst, photocatalystcatalyst, catalystreaction, reactionpolycapillary, polycapillarysupermolecular, supermolecularphotosynthesis, photosynthesismeasurement, measurementlight, lightphotons, photonsphotoreaction, photoreactionabsorbed, absorbedparticle, particleactinometer, actinometerexcitation
FluxEdge Modules for Gas Chromatograph FluxEdge GC Systems
2025|Shimadzu|Brožury a specifikace
C184-E054 FluxEdge Modules for Gas Chromatograph FluxEdge GC Systems FluxEdge GC Systems Gas Flux Redefined, Analytical Edge Achieved FluxEdge Technology is an innovative solution that takes gas chromatography (GC) gas analysis applications to the next level. Compatible with Shimadzu's latest…
Klíčová slova
fluxedge, fluxedgemodules, modulesweight, weightrohs, rohscomplies, compliesgas, gasdurability, durabilityunmatched, unmatchedconventional, conventionaldurabilit, durabilitscalabilit, scalabilittcd, tcdvalve, valvelithium, lithiumanalysis
Tracera (GC-BID) Solution
|Shimadzu|Brožury a specifikace
LAAN-B-GC004 Tracera (GC-BID) Solution Highly Versatile GC Analyzer for Trace Analysis The new Tracera GC System is now ready to solve your trace analysis needs. This system utilizes the new Barrier Discharge Ionization Detector technology coupled with a GC-2010 Plus…
Klíčová slova
bid, bidgas, gastracera, traceracarrier, carrierformic, formicacid, acidanalysis, analysisrefinery, refinerytemperature, temperaturegcsolution, gcsolutiondischarge, dischargechromatograph, chromatographmin, mininjection, injectionname