H2 üretimi heterolitik mekanizmasının teorik modellemesi: Kobalt(II)-polipiridil katalizörünün detaylı olarak incelenmesi

Hidrojen (H2) molekülü biyokütle, su ve biyokarbonun içerisinde doğal olarak bulunan bir enerji taşıyıcısıdır. Güneş enerjisi ise bitkilerin fotosentez mekanizmalarında doğal olarak kullandıkları en yaygın bulunan enerji kaynağıdır. Araştırmacılar doğanın önemli bir olayı olan fotosentezin ışıklı reaksiyonlarındaki kusursuz H2 üretme yolağından ilham almışlardır. Fotosentezin su indirgeme mekanizmasını taklit etmek amacıyla çok çeşitli geçiş metalleri kullanılmıştır. Buna rağmen araştırmacılar, kobalt bazlı fotokatalizörleri keşfedene kadar, fiyat/performans açısından tatmin edici bir cevap bulamamışlardır. Yakın zamanda, Kobalt bazlı fotokatalizörler kullanılarak fotokatalitik su indirgemesi üzerine bir çok araştırma yapılmıştır. Bu bağlamda, tezimizde düzgün dörtyüzlü koordinasyona ve çoklu piridil grubuna sahip Co-bazlı katalizörün su indirgeme, bir diğer adıyla, H2 üretme mekanızması Ab-initio moleküler dinamik, Yoğunluk Fonksiyoneli Teorisi ve Serbest Enerji Pertürbasyon Teorisi kullanılarak incelenmiştir. Bu tezdeki amacımız, oktahedral koordinasyondaki düzenlemenin etkisini açıklığa kavuşturmak ve ayrıca, heterolitik H2 üretme mekanizmasının yolaklarından ikisi olan ECEC ve EECC mekanizmalarını karşılaştırmaktır. Dolayısıyla, çalışma boyunca, hidrojen üretim döngüsünün ECEC ve EECC mekanizmaları değerlendirilerek, mekanizmanın her ara adımı simüle edilmiş ve ayrıca Co-bazlı su indirgeme katalizörünün çevresindeki çözelti tepkisi incelenmiştir. Buna ek olarak, her iki mekanizmanın her bir adımının elektronik yapıları ek simülasyonlar uygulanarak analiz edilmiştir. Elektron transferi için Marcus Teorisi kullanılmış ve indirgenme serbest enerjileri hesaplanmıştır.