非贵金属配合物光催化剂在水解制氢反应中的性能研究

发布时间：2017-08-08 17:12

  本文关键词：非贵金属配合物光催化剂在水解制氢反应中的性能研究

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【摘要】：光解水催化制氢反应是在光照条件下,经过一系列反应,使水分解产生氢气。该法是一种清洁、环保、可循环利用的制氢方法。本论文在参考相关文献的基础上,分别选用了2-巯基吡啶、2,2-联吡啶和1,10-菲Up啉为配体,钴、锰、铁为中心离子,设计合成了Co(bpy)(pyS)2(M1)、Co(phen)(pyS)2(M2)、Mn(bpy)(pyS)2(M3)、Mn(phen)(pyS)2(M4)、Fe(bpy)(pyS)2(M5)和Fe(phen)(pyS)2(M6)六种非贵金属配合物催化剂。通过元素分析、1H-NMR和ESI-MS对其结构进行表征,考察了反应工艺条件对六种催化剂光催化水解制氢性能的影响,探讨了光催化水解制氢体系失活的原因及其反应机理。本论文中光催化反应体系由催化剂、电子供体及光敏剂组成。考察了反应工艺条件(催化剂及其浓度、电子供体及其浓度、光敏剂及其浓度、反应体系pH值、溶剂及其浓度)对催化体系性能的影响,并对其进行优化,确定最佳的制氢条件。由实验结果可知,在相同的反应工艺条件下,催化剂的催化性能M1M2M6M5M3M4。最佳反应工艺条件为:催化剂为M1,其浓度为0.02 mM;电子供体为三乙胺,其体积含量为5%;光敏剂为荧光素,其浓度为2.0 mM;反应体系中的pH值为11.6;溶剂为乙醇/水,其体积比为1:1。在最佳反应工艺条件下,随着反应时间的增加,催化剂的催化性能呈现先升高后降低的趋势。当反应时间为第25 h时,催化剂M1的产氢量达到最大值261.1μmol。在研究过程中发现,光催化体系失活的主要原因是由于非贵金属配合物催化剂的分解造成的。另外,在光照条件下,体系中催化剂的存在有助于光敏剂荧光素的稳定性,使其寿命更长。在此基础上,探讨了催化剂M1与M2在光催化产氢体系中的反应机理。研究发现,电子从单线态荧光素转移到配合物M1与M2的过程在热力学上是可行的,荧光素单重激发态的氧化淬灭是电子转移的主导途径。
【关键词】：配合物 光催化 水制氢
【学位授予单位】：广东药科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TQ116.2
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 半导体光催化剂9-12
• 1.1.1 TiO_2半导体光催化材料9-10
• 1.1.2 金属硫化物半导体光催化材料10-11
• 1.1.3 无机层状化合物半导体光催化材料11
• 1.1.4 异质结构纳米光催化剂11-12
• 1.2 金属配合物光催化剂12-15
• 1.2.1 贵金属为主体的配合物光催化剂12-14
• 1.2.2 非贵金属的配合物光催化剂14-15
• 1.3 选题依据15-16
• 1.4 本论文主要研究内容16-17
• 第二章 非贵金属配合物光催化剂的合成及研究方法17-26
• 2.1 试剂和仪器17-19
• 2.1.1 试剂17-18
• 2.1.2 仪器18
• 2.1.3 试剂的预处理18-19
• 2.2 催化剂的合成19-22
• 2.2.1 催化剂M1的合成19-20
• 2.2.2 催化剂M2的合成20
• 2.2.3 催化剂M3的合成20-21
• 2.2.4 催化剂M4的合成21
• 2.2.5 催化剂M5的合成21-22
• 2.2.6 催化剂M6的合成22
• 2.3 研究方法22-26
• 2.3.1 光催化水解制氢性能的评价方法22-23
• 2.3.2 光催化水解制氢中氢气来源验证实验23
• 2.3.3 光催化水解制氢体系失活的研究方法23-24
• 2.3.4 光催化水解制氢体系中光敏剂和催化剂的降解情况考察24
• 2.3.5 光催化水解制氢体系反应机理的研究方法24-26
• 第三章 钴配合物催化剂M1和M2光催化水解制氢性能研究26-36
• 3.1 M1和M2光催化水解制氢性能研究26-35
• 3.1.1 体系中pH值对光催化剂M1和M2催化制氢性能的影响26-28
• 3.1.2 体系中溶剂对光催化剂M1和M2催化制氢性能的影响28-30
• 3.1.3 体系中电子供体对光催化剂M1和M2催化制氢性能的影响30-32
• 3.1.4 体系中光敏剂对光催化剂M1和M2催化制氢性能的影响32-33
• 3.1.5 体系中催化剂M1和M2的浓度对催化制氢性能的影响33-34
• 3.1.6 最佳条件下催化体系反应寿命的考察34-35
• 3.2 本章小结35-36
• 第四章 锰配合物催化剂M3和M4光催化水解制氢性能研究36-45
• 4.1 M3和M4光催化水解制氢性能研究36-44
• 4.1.1 体系中pH值对光催化剂M3和M4催化制氢性能的影响36-38
• 4.1.2 体系中溶剂对光催化剂M3和M4催化制氢性能的影响38-39
• 4.1.3 体系中电子供体对光催化剂M3和M4催化制氢性能的影响39-41
• 4.1.4 体系中光敏剂对光催化剂M3和M4催化制氢性能的影响41-42
• 4.1.5 体系中催化剂浓度对体系催化制氢性能的影响42-43
• 4.1.6 最佳条件下催化体系反应寿命的考察43-44
• 4.2 本章小结44-45
• 第五章 铁配合物催化剂M5和M6光催化水解制氢性能研究45-54
• 5.1 M5和M6光催化水解制氢性能研究45-53
• 5.1.1 体系中pH值对光催化剂M5和M6催化制氢性能的影响45-47
• 5.1.2 体系中溶剂对光催化剂M5和M6催化制氢性能的影响47-49
• 5.1.3 体系中电子供体对光催化剂M5和M6催化制氢性能的影响49-50
• 5.1.4 体系中光敏剂对光催化剂M5和M6催化制氢性能的影响50-52
• 5.1.5 体系中催化剂浓度对光催化剂M5和M6催化制氢性能的影响52
• 5.1.6 最佳条件下催化体系反应寿命的考察52-53
• 5.2 本章小结53-54
• 第六章 光催化水解制氢反应体系失活及机理的研究54-66
• 6.1 光催化水解制氢反应体系失活的研究54-59
• 6.1.1 钴配合物催化剂M1和M2光催化反应体系失活的研究54-56
• 6.1.2 锰配合物催化剂M3和M4光催化反应体系失活的研究56-58
• 6.1.3 铁配合物催化剂M5和M6光催化反应体系失活的研究58-59
• 6.2 光催化水解制氢体系反应机理的研究59-64
• 6.2.1 光催化水解制氢体系的热力学研究59-62
• 6.2.2 光催化水解制氢体系的电子转移方式62-64
• 6.2.3 光催化水解制氢体系的反应机理64
• 6.3 本章小结64-66
• 本文结论66-68
• 参考文献68-77
• 攻读硕士学位期间发表的论文77-78
• 附录78-80
• 致谢80

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