1. Covalent Grafting of Ruthenium Complexes on Iron Oxide Nanoparticles: Hybrid Materials for Photocatalytic Water Oxidation
- Author
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Pierre Lecante, Vincent Collière, Marc Respaud, Phong D. Tran, Quyen Nguyen, Van Nguyen, Jérôme Esvan, Karine Philippot, Wantana Klysubun, Catherine Amiens, Gilles Lemercier, Elodie Rousset, Laboratoire de chimie de coordination (LCC), Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), University of Science and Technology of Hanoi (USTH), Institut de Chimie Moléculaire de Reims - UMR 7312 (ICMR), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-SFR CAP Santé (Champagne-Ardenne Picardie Santé), Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-SFR Condorcet, Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Synchrotron Light Research Institute (SLRI), Centre interuniversitaire de recherche et d'ingenierie des matériaux (CIRIMAT), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT), Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Université de Toulouse (UT)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), CNRS, Université de Toulouse Paul-Sabatier, Vietnam Academy of Science and Technology (grant D̵L0000.03/19-21), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Toulouse III - 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- Subjects
Materials science ,Matériaux ,Nanoparticle ,chemistry.chemical_element ,02 engineering and technology ,010402 general chemistry ,Photochemistry ,01 natural sciences ,7. Clean energy ,Catalysis ,[SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials ,Iron oxide nanoparticles ,General Materials Science ,Pendant group ,Water oxidation catalysis ,Ruthenium-based photosensitizer ,021001 nanoscience & nanotechnology ,0104 chemical sciences ,Ruthenium ,chemistry ,Covalent bond ,Photocatalysis ,Hybrid photoanode ,Reversible hydrogen electrode ,0210 nano-technology ,Hybrid material ,Covalent grafting - Abstract
International audience; The present environmental crisis prompts the search for renewable energy sources such as solar-driven production of hydrogen from water. Herein, we report an efficient hybrid photocatalyst for water oxidation, consisting of a ruthenium polypyridyl complex covalently grafted on core/shell Fe@FeOx nanoparticles via a phosphonic acid group. The photoelectrochemical measurements were performed under 1 sun illumination in 1 M KOH. The photocurrent density of this hybrid photoanode reached 20 μA/cm2 (applied potential of +1.0 V vs reversible hydrogen electrode), corresponding to a turnover frequency of 0.02 s–1. This performance represents a 9-fold enhancement of that achieved with a mixture of Fe@FeOx nanoparticles and a linker-free ruthenium polypyridyl photosensitizer. This increase in performance could be attributed to a more efficient electron transfer between the ruthenium photosensitizer and the Fe@FeOx catalyst as a consequence of the covalent link between these two species through the phosphonate pendant group.
- Published
- 2021
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