Mezogözenekli siyah arsenik (MBA): sentez ve kirmizi işik destekli C─H arilasyonda fotokatalitik aktivitesi

Sürdürebilir enerji ve kimyasal dönüşümler için küresel talep günde güne artmaktadır. Bunu iyileştirmek için, güneş ışığıyla aktive edilebilen fotokatalitik sistemler daha yeşil yaklaşımlar sunmakta ve bu nedenle özellikle organik ve çevresel dönüşümler için görünür ışığın kullanılmasına yönelik ilgiyi arttırmaktadır. Son zamanlarda. periyodik tablo'nun grup 15 elementleri, diğer bir adıyla pniktojenler, ayarlanabilir bant yapıları, optoelektronik özellikleri ve güçlü görünür ışık absorpsiyon yetenekleri sebebiyle giderek daha popüler bir hale gelmiştir. Pniktojenlerin popülerliğine rağmen, grubun bir yarı-metal üyesi olan arsenik sentezindeki zorluklar ve kararlılık problemleri sebebiyle büyük oranda keşfedilmemiş durumdadır. Bu tezde, aşağıdan-yukarıya ıslak kimya yöntemi ile sentezlenen, olağanüstü yüksek yüzey alanı ve sağlam kimyasal kararlılığa sahip yapısal olarak düzenlenmiş bir As─As ağından oluşan malzeme, mezoporlu siyah arsenic (MBA) rapor edildi. Elde edilen malzemenin ileri analitik teknikler (X-Işını Kırınımı (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Raman Spektroskopisi, N2 Adsorpsiyonu ve Desorpsiyonu (BET), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Ultraviyole-Görünür Işık Difüze Yansıma Spektroskopisi (UV-Vis DRS) ve Mott-Schottky analizi kullanılarak detaylı karakterizasyonu sonucunda 1,75 eV bant aralığına sahip (iletken bant potansiyeli = -1,40 V vs NHE ve değerlik bant potansiyeli = +0,44 V vs NHE), ortorombik kristalin alanlara ve 18,57 m2/g yüzey alanına sahip kusur bakımından zengin mezogözenekli yapıya sahip bir yarı iletken malzeme olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca elde edilen MBA, kırmızı ışık ışınımı altında heteroarenlerin fotoredoks C‒H arilasyonunda foto-arttırılmış aktivite gösterdi. Yapısal ve fotofiziksel karakterizasyonları tamamladıktan sonra MBA, yeni bir arsenik bazlı malzemenin toksisitesi hakkındaki çelişkiyi gidermek için sitotoksisite testlerine tabii tutuldu.. Sitotoksisite testleri çeşitli konsantrasyonlarda iki farklı hücre hattında değerlendirildi. MBA'in 1 µg/mL konsantrasyonuna kadar sitotoksisite göstermediği ve 50 µg/mL'ye kadar yüksek konsantrasyonlarda bile %70 hücre canlılık oranının gösterdiği kanıtlandı. Ek olarak, MBA 2 µg/mL'den daha yüksek konsantrasyonlarda arsenik (III) klorürden çok daha az toksisite gösterdi. MBA'in bir fotokatalizör olarak yeteneği, heteroarenler ve çeşitli diazonyum tuzları ile C─H arilasyon reaksiyonları ile değerlendirildi. MBA'in bant aralığı ve elektronik absorpsiyon spektrumu göz önüne alındığında, ışık kaynağı olarak düşük enerjili kırmızı LED lamba (625 nm) seçildi. Furan ve 4-klorobenzenediazonyum tetrafloroboratın C─H arilasyonu model reaksiyon olarak seçildi ve ışık kaynağı, reaksiyon süresi ve sıcaklık dahil tüm optimizasyon deneyleri model reaksiyon üzerinde gerçekleştirildi. Model reaksiyon için en yüksek verim, 10 °C'de, 2 saatte kırmızı ışık aydınlatması kullanılarak elde edildi. Optimizasyon deneylerinden sonra, farklı kurban ajanları kullanılarak deneyler yapılarak mekanistik veriler elde edildi: 1,4-Benzokinon (BQ), (2,2,6,6-Tetrametilpiperidin-1-il)oksil (TEMPO), ve askorbik asit, MBA'in ağırlıklı olarak SET tabanlı bir fotoredoks yolunu izlediğini doğruladı. MBA ile kataliz edilen fotoredoks C‒H arilasyon reaksiyonlarını 13 farklı substrat üzerinde test edildi ve orta ila mükemmel verimler elde edildi.. Siyah arseniğin aşağıdan-yukarıya ıslak kimyasal sentezi, doğrudan indirgeme yöntemiyle ilk kez başarıyla gerçekleştirilmiş ve bu çalışmada, fotoredoks C–H arilasyon reaksiyonları için potansiyel bir fotokatalizör adayı olarak işlev görebileceği ortaya konmuştur. Bu tez çalışmasıyla, siyah arsenik esaslı malzemelerin yüksek indirgeme potansiyeline sahip fotokatalizörler olarak kullanımına yönelik literatüre önemli bir katkı sağlanmaktadır.