تنظیم طیف جذب پلی دوپامین

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین Polydopamine (PDA) یک ماده کاربردی پیشرفته است و ویژگی های جذب نور ظریف آن را برای برنامه های کاربردی در علم مواد . با این حال ، طراحی منطقی و تنظیم خصوصیات جذب PDA به دلیل معماری پیچیده آن چالش برانگیز است. در گزارش جدید ، یوان زو و تیمی از محققان علوم پلیمر ، مواد الکترونیکی و شیمی فیزیکی در چین یک روش ساده را برای تنظیم رفتارهای جذب نور PDA پیشنهاد کردند. برای رسیدن به این هدف ، آنها از طریق اتصالات بین بخشهای شیمیایی خاص ، در ریزساختارها جفت دهنده-گیرنده ساختند. سپس آنها از تجزیه و تحلیل دقیق ساختاری و طیفی و همچنین شبیه سازی تئوری تابعی چگالی (DFT) برای تأیید وجود چنین جفت های مولکولی اهدا کننده-پذیرنده استفاده کردند. جفت های مولکولی می توانند باند گپ انرژی (یا شکاف انرژی را که در آن هیچ الکترون وجود ندارد) کاهش دهند و محلی سازی الکترون را افزایش دهند تا جذب نور را در یک طیف گسترده افزایش دهند. طراحی منطقی نانوذرات PDA با خواص جذب قابل تنظیم ، امکان بهبود اثر فوتوترمال را فراهم کرد ، که تیم با نمایش بسیار خوبی نشان داد عملکرد در طی نمک زدایی خورشیدی. این اثر اکنون در پیشرفتهای علمی منتشر شده است.

پلی پودامین

دانشکده ها : با الهام از رنگدانه های ماکرو مولکولی ملانین ، پلی پودامین (PDA) برای کاربردهای مهندسی سطح ، درمان با گرما درمانی و تصویربرداری زیستی . چسب قوی و سبک جذب ویژگی های PDA همچنین می توانند از مهندسی سطحی در طول تصفیه آب . دانشمندان بسیاری از روش های مصنوعی را برای تهیه نانومواد PDA پیشنهاد کرده اند ، اگرچه با توجه محدود به تنظیم آن طیف جذب . فرآیند پلیمریزاسیون دوپامین از چندین مسیر پیچیده تشکیل شده است و بنابراین کاملاً شناخته نشده است. در نتیجه ، زو و همکاران فرض بر این بود که ساخت سازه های کاملاً مزدوج نسبت به جفت های گیرنده-دهنده در نانوساختارهای PDA می تواند طیف جذب نمونه را تنظیم کند. برای رسیدن به این هدف ، آنها یک استراتژی سنتز یک گلدان را برای سنتز PDA ایجاد کردند. ذرات نانو (NP) با خواص جذب نور قابل تنظیم.

ترکیب و شخصیت پردازی

در طی فرآیند مصنوعی ، آنها کوپلیمریزاسیون مستقیم ۲،۲،۶،۶-Tetramethylpiperidine-1-oxyl را انجام دادند (TEMPO) – یک رادیکال نیتروکسیل معمولی ، روی دوپامین در یک محلول آبی. آنها با اتصال کووالانسی مولکول با ۵،۶-dihydroxyindole بخش TEMPO را به ریزساختار پلی دوپامین دوپ کردند. (DHI) و الیگومرهای ایندول-۵،۶-کینون (IQ) برای محدود کردن شکافهای باند انرژی باند انرژی مواد و بهبود رفتارهای جذب نور نانوذرات معمولی پلی دوپامین (PDA NPs). دانشمندان با استفاده از تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی ، شبیه سازی تئوری تابعی چگالی و اندازه گیری طیفی نتایج را تأیید کردند. این کار یک راندمان فوتوترمال برجسته را برای محصولی نشان داد که می تواند در تولید بخار خورشیدی بین سطحی و نمک زدایی آب دریا a >

دانشمندان با تنظیم غلظت اولیه TEMPO سه نوع PDA NP (طبقه بندی شده بین ۱ تا ۳) با محتوای مختلف دوپینگ و اندازه ذرات مشابه ایجاد کردند. آنها با استفاده از یک روش کاملاً ثابت از طریق خود پلیمریزاسیون دوپامین در حضور آمونیوم سنتز سنتز کردند. a>. آنها با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی ، پراکندگی نور پویا و طیف مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR). با استفاده از طیف سنجی فوتوالکترون اشعه ایکس (XPS) ، آنها وجود کربن را تأیید کردند ، عناصر نیتروژن و اکسیژن در تمام نمونه های PDA برجسته سازی موفقیت آمیز NP های PDA- دوپ TEMPO است. براساس نتایج ، Zou و همکاران دو مسیر احتمالی را برای تشکیل ساختار ماکرومولکولی متقاطع فرض کرده است.

افزایش جذب نور و رفتار نانو گرمایی PDA های دوپ TEMPO.

این تیم ظرفیت جذب نور و اثر فتوترمال کل این PDA NP های دوپ TEMPO را مورد بررسی قرار داد ، جایی که این محصول با گرفتن و تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی گرمایی کارآمد با کاربردهای گسترده ، نور را به شدت جذب می کند. در طی آزمایشات بیشتر ، آنها PDA-3 را در چندین غلظت آب برای تابش تحت لیزر پراکنده کردند. هنگامی که با بسیاری دیگر از مواد فوتوترمال قابل مقایسه مقایسه می شود ، PDA NP های دوپ شده TEMPO فوتوترمال بهتری را نشان می دهد رفتار. به عنوان مثال ، Zou و همکاران اشاره کرد که چگونه نانوذرات طلا می توانند پس از تابش طولانی مدت به دلیل تخریب ساختاری از طریق گرمای همراه شرایط ، از دست دادن قابل توجهی در جذب نور شوند. این تیم برعکس نشان داد که چگونه PDP NP های دوپ TEMPO با بهبود رفتارهای نانو گرمایی در مقایسه با نانوموادهای نانو گرمایی معمولی ، قابلیت جذب نور را افزایش می دهند. مواد بدست آمده می توانند به عنوان عوامل فوتوترمال نسل جدید برای تکمیل انواع برنامه ها عمل کنند.

تجزیه و تحلیل ساختار و خاصیت جذب جذب PDA دوپ TEMPO

دانشمندان تشکیل خود به خودی ریزساختارهای پذیرنده دهنده را در سیستم PDA مبتنی بر TEMPO به دلیل ترکیب شیمیایی بین TEMPO و DHI ، ضریب هوشی و الیگومرهای آنها در طی فرآیند پلیمریزاسیون مشاهده کردند. این واکنش منجر به کاهش پهنای باند انرژی و افزایش جذب نور محصول می شود. برای تأیید این موضوع ، آنها مقدار باند گپ نوری نمونه های مختلف PDA را در فرم های محلول آبی در کنار الکتروشیمیایی آنها ولتامتری حلقوی (CV) برای بررسی باند انرژی انرژی تمام نمونه ها. آنها اوربیتال مولکولی بالاترین اشغال (HOMO) و کمترین اوربیتال مولکولی اشغال نشده (LUMO) با استفاده از اندازه گیری CV و واحد TEMPO را به عنوان قطعه دهنده تأسیس کرد. با افزایش غلظت دوپینگ TEMPO ، نسبت ضریب هوشی نیز به تدریج افزایش می یابد ، و در نتیجه باعث حذف بهتر الکترون برای بهبود جذب نور می شود. این تیم فرضیه ای را در مورد افزایش رادیکال های آزاد در طی سنتز PDA از طریق دوپینگ TEMPO مطرح کرده است ، که آنها آزمایش و تأیید کردند با استفاده از اندازه گیری رزونانس پارامغناطیسی الکترون (EPR). از آنجا که طیف های جذب ناشی از exciton (EIA) به مقدار TEMPO دوپ شده برای تشکیل ترکیب اعتماد نمی کنند ، این تیم به دلیل وجود اکسیتونها در ترکیبات اضافی آن (مانند DHI ، ضریب هوشی) ، آن را به طور گسترده اعتبار داد.

برنامه های نمکزدایی آب

ویژگی های بسیار خوب نور گرمایی و جذب نور PDA مبتنی بر TEMPO ، مواد را برای استفاده در تولید بخار آب و نمک زدایی آب دریا مناسب کرده است. از انواع نمونه ها ، زو و همکاران PDA-3 را به عنوان امیدوار کننده ترین گزینه برای توسعه دستگاه تبخیر انتخاب کرد. برای تحقق این امر ، آنها PDA-3 محلول آبی را به سلولز واریز کردند غشا به عنوان جاذب نور آب دوست و با استفاده از یک لایه عایق حرارتی مانند پلی استایرن از تماس مستقیم با آب جلوگیری می کند. وقتی زو و همکاران آنها در معرض تابش خورشید قرار گرفتند ، آنها با جمع آوری آب متراکم از بخار خورشید ، آب را تصفیه کردند. غشای سلولزی با روکش PDA-3 جذب نور را در مقایسه با نمونه های شاهد بهبود می بخشد. این سازه اکثر انرژی خورشیدی را در مناطق اشعه ماورا بنفش و مناطق قابل مشاهده جذب می کند. آنها برای درک تولید بخار خورشید و عملکرد تبخیر فوتوترمال ، کاهش وزن آب در هنگام تبخیر را اندازه گیری کردند و بازده تبدیل انرژی را به عنوان شاخص مهم در نظر گرفتند. نتایج نشان دهنده امکان سنجی دستگاه برای نمک زدایی در کنار فعالیت کارآمد و بادوام است.

به این ترتیب ، یوان زو و همکارانش روشی ساده برای تنظیم طیف جذب پلی پودامین (PDA) در یک فرآیند پلیمریزاسیون یک گلدان در حضور دوپامین و TEMPO پیشنهاد کردند. نانوذرات حاصل از توانایی جذب نور و اثرات گرمایی نوری در مقایسه با نانومواد معمولی PDA به دلیل ساختارهای پذیرنده-دهنده در سیستم PDA ، بهبود یافته بودند. هنگامی که آنها PDA مبتنی بر TEMPO را بر روی فیلم سلولز پوشاندند ، این سازه به عنوان یک جاذب نور خورشید مناسب برای تبخیر آب با بازده بالا از تبدیل خورشید و سرعت عالی تبخیر عمل کرد. این کار فرصت های جدیدی برای نانومواد PDA ساختاری و کاربردی مناسب برای کاربردهای برداشت نور فراهم می کند.