新型铜、钴配合物催化的水氧化反应研究

发布时间：2017-05-23 15:25

  本文关键词：新型铜、钴配合物催化的水氧化反应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：人工模拟光合作用实现太阳能光解水制氢,是实现将太阳能转化成清洁的化学能,解决当今社会能源危机和环境污染的一个理想方法。其中水氧化反应作为人工光合作用体系中电子和质子的来源,涉及4个电子和4个质子的转移,是制约太阳能转化的关键,而突破这一瓶颈的重点在于设计合成高效稳定的水氧化催化剂。目前分子水平的水氧化催化剂多以Ru,Ir等贵金属为主,基于Fe, Co, Mn, Cu等非贵金属的均相水氧化催化剂的研究较少。因此进一步开发非贵金属水氧化催化剂以及基于非贵金属催化剂的功能分子器件无论对于理论研究还是大规模实际应用来说都具有着相当重要的意义。 为发展高效非贵金属催化剂,本文设计合成了8种Cu络合物,其中三种在强碱性条件下具有电催化水氧化活性,且溶解性好、稳定性较高。其水氧化过电位在0.55V-0.65V vs NHE,催化电流可达到520μA/cm2,与此前报道的最好结果相当。本研究扩展了基于非贵金属Cu的水氧化催化剂的范围,为进一步开发高效、稳定的均相廉价水氧化催化剂打下了良好基础。 本论文还利用主客超分子化学手段成功设计并合成了具有光催化水氧化活性的光敏剂／催化剂超分子组装体并将其负载在Ti02上,制备了复合光阳极。在均相体系中,光敏剂／钴催化剂分子器件的光催化性能明显优于传统的三组分体系。然而,将此光敏剂／钴催化剂分子器件负载于光阳极并未产生显著的光电流,但用Ru催化剂替换钴催化剂后,获得了较高的光电流。
【关键词】：水氧化 光催化 铜配合物 分子组装体 太阳能分解水
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TQ116.2;O643.36
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-26
• 1.1 植物的光合作用和光体系Ⅱ放氧中心(OEC)9-11
• 1.2 均相贵金属水氧化催化剂11-14
• 1.3 均相非贵金属水氧化催化剂的研究进展14-21
• 1.3.1 Mn催化剂14-15
• 1.3.2 Fe催化剂15-16
• 1.3.3 Co催化剂16-19
• 1.3.4 Cu催化剂19-21
• 1.4 均相水氧化催化剂器件化的研究进展21-24
• 1.5 本论文的选题背景和依据24-26
• 2 基于非贵金属Cu的均相水氧化催化剂26-37
• 2.1 引言26
• 2.2 实验部分26-32
• 2.2.1 分析测试仪器26-27
• 2.2.2 主要原料27-28
• 2.2.3 目标化合物的合成路线28-32
• 2.2.4 电催化水氧化性能的研究方法32
• 2.2.5 光催化水氧化性能的研究方法32
• 2.3 结果与讨论32-35
• 2.3.1 Cu络合物电催化水氧化性能的研究32-35
• 2.3.2 Cu络合物光催化水氧化性能的研究35
• 2.4 本章小结35-37
• 3 基于非贵金属水氧化催化剂的分子器件37-57
• 3.1 引言37
• 3.2 实验部分37-49
• 3.2.1 分析测试仪器37-38
• 3.2.2 主要原料38-39
• 3.2.3 试剂的纯化39
• 3.2.4 功能化光敏剂的合成39-44
• 3.2.5 功能化催化剂的合成44-46
• 3.2.6 非贵金属的光敏剂/催化剂分子器件的制备46-47
• 3.2.7 光阳极的制备47-49
• 3.2.8 电化学和光化学性能的测试方法49
• 3.3 结果与讨论49-55
• 3.3.1 光敏剂/催化剂分子器件均相体系中光化学活性的研究49-53
• 3.3.2 催化剂1负载光阳极催化水氧化性能的研究53
• 3.3.3 催化剂2负载光阳极催化水氧化性能的研究53-55
• 3.4 本章小结55-57
• 结论57-58
• 参考文献58-63
• 附录A 重要化合物的谱图63-68
• 致谢68-69

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