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Covalent Grafting of Ruthenium Complexes on Iron Oxide Nanoparticles: Hybrid Materials for Photocatalytic Water Oxidation

Authors :
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 - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
University of sciences and technologies of hanoi (USTH)
SFR Condorcet
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-SFR CAP Santé (Champagne-Ardenne Picardie Santé)
Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Université de Reims Champagne-Ardenne (URCA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS (FRANCE)
Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - INSA (FRANCE)
Synchrotron Light Research Institute (THAILAND)
Université Toulouse III - Paul Sabatier - UT3 (FRANCE)
Université des Sciences et des Technologies de Hanoi - USTH (VIETNAM)
Université de Reims - Champagne-Ardenne (FRANCE)
Institut de Chimie Moléculaire de Reims - ICMR (Reims, France)
Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des Matériaux - CIRIMAT (Toulouse, France)
Source :
ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13 (45), pp.53829-53840. ⟨10.1021/acsami.1c15051⟩, ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2021, 13 (45), pp.53829-53840. ⟨10.1021/acsami.1c15051⟩
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

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.

Details

Language :
English
ISSN :
19448244 and 19448252
Database :
OpenAIRE
Journal :
ACS Applied Materials & Interfaces, ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13 (45), pp.53829-53840. ⟨10.1021/acsami.1c15051⟩, ACS Applied Materials & Interfaces, Washington, D.C. : American Chemical Society, 2021, 13 (45), pp.53829-53840. ⟨10.1021/acsami.1c15051⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....9d77f112aeded4e55d66cb6bb11f8f0c
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acsami.1c15051⟩