Ultimate magazine theme for WordPress.

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین

0

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین

 

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین
سنتز و توصیف PDA- دوپ TEMPO. (الف) تصویر شماتیک PDA دوپینگ شده با TEMPO با بند باریک و توانایی جذب نور بهبود یافته در مقایسه با PDA معمولی. (B) پلیمریزاسیون دوپامین و TEMPO ، همراه با ساختارهای مولکولی و عکسهای پودری آنها. (C) تصویر SEM از PDA-3. (D) تجزیه و تحلیل نقشه برداری EELS از PDA-3 (میله های مقیاس ، ۱۰۰ نانومتر). (E) طیف بررسی XPS از PDA-i (من = ۰ تا ۳). a.u ، واحدهای دلخواه. (F) قله C1s ، قله (G) N1s و قله (H) O1s در طیف XPS PDA-3. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abb4696

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 >

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین
مسیرهای واکنش پیشنهادی و تشکیل واسطه ها در طی پلیمریزاسیون دوپامین و TEMPO. (a) مسیرهای واکنش و مکانیسم پیشنهادی در طی پلیمریزاسیون دوپامین و TEMPO. (ب) طیف ESI-MS محلول محصول خام پس از ۵ دقیقه واکنش ؛ ج) ساختارهای مولکولی پیشنهادی اختصاص یافته به قله های اصلی در (ب). اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abb4696

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.

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین
جذب نور افزایش یافته و رفتار فوتوترمال PDA- دوپینگ شده با TEMPO. (الف) عکس محلول های آبی PDA با غلظت ۵۰ و ۱۰۰ میکروگرم میلی لیتر در ۱٫ اعتبار عکس: یوان زو ، دانشگاه سیچوان. (B) مقادیر L * محلولهای مختلف PDA. (C) طیف UV-vis-NIR از PDA-i (i = 0 تا ۳) از ۳۰۰ تا ۱۵۰۰ نانومتر. (D) افزایش درجه حرارت PDA-3 در غلظت های مختلف تحت تابش لیزر ۸۰۸ نانومتر. (E) پاسخ فوتوترمال محلول های آبی PDA-i (i = 0 تا ۳) (۱۰۰ میکروگرم میلی لیتر در ۱) برای ۶۰۰ ثانیه با تابش لیزر ۸۰۸ نانومتر ، و سپس لیزر خاموش شد. (F) منحنی های دما PDA-3 (100 میکروگرم میلی لیتر در ۱) تحت چهار چرخه روشن / خاموش و تحت تابش لیزر ۸۰۸ نانومتر. شدت نور لیزر ۸۰۸ نانومتری ۲٫۰ W cm-2 بود. (G) ضریب انقراض مولی ، ΔT و کل بازده فوتوترمال PDA-i (من = ۰ تا ۳). اعتبار عکس: یوان زو ، دانشگاه سیچوان. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abb4696

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.

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین
فرآیند تبدیل انرژی نور در PDA. (A) طیف های EPR PDA-i (من = ۰ تا ۳) با همان جرم در حالت جامد. (B) ردیابی سینتیک جذب گذرا برای PDA-i (i = 0 تا ۳). (C) طیف جذب گذرا PDA-3 در زمان تاخیر مشخص شده. (D) ردیابی جنبشی EIA PDA-3. mOD ، میانگین چگالی نوری. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abb4696

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.

تنظیم طیف جذب پلی دوپامین
آزمایش آب شیرین کن. (الف) نمودار شماتیک دستگاه تبخیر بخار خورشیدی بر اساس PDA-3. (B) عکس CM و PDA-3 پوشش داده شده CM. (C) تصویر مقطعی SEM از ساختار فیلم دو لایه. (D) اشعه ماورا بنفش در برابر-NIR باعث پخش طیف CM و PDA-3 پوشش داده شده CM در محدوده طول موج ۲۵۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر می شود. (E) تصویر IR از دستگاه مبتنی بر PDA-3 به مدت ۱۵ دقیقه زیر یک آفتاب. (F) دوره زمانی عملکردهای تبخیر آب آب شور ، CM و CM پوشش داده شده PDA-3 تحت یک تابش خورشید. (G) بازده بخار خورشیدی و میزان تبخیر آب شور ، CM و CM پوشش داده شده با PDA-3. (H) عکس بخار آب تولید شده در زیر نور خورشیدی چهار خورشید با CM پوشش داده شده PDA-3. (I) غلظت یون آب شور و آب دریا حاصل از خلیج Bohai قبل و بعد از نمک زدایی. خطوط تیره به ترتیب به استاندارد آب آشامیدنی سازمان بهداشت جهانی (WHO) و آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) اشاره دارند. (J) عملکرد چرخه تبخیر دستگاه های آب شیرین کن خورشیدی بیش از ۳۰ سیکل ، با دوام بیشتر از ۱ ساعت. این عکس پس از ۳۰ سیکل عکس جاذب را نشان داد. (K) میزان تبخیر در میان اواپراتورهای مختلف مبتنی بر PDA تحت نور یک خورشید. PVDF ، پلی وینیلیدن دی فلوئور. اعتبار عکس: یوان زو ، دانشگاه سیچوان. اعتبار: پیشرفتهای علمی ، doi: 10.1126 / sciadv.abb4696

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.

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.