钌金属配合物光驱动水氧化反应的研究

发布时间：2017-08-06 20:26

  本文关键词：钌金属配合物光驱动水氧化反应的研究

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【摘要】：能源是人类进行工业生产和社会生活的先决条件,随着人类社会的不断进步,传统能源,如煤、石油、天然气面临枯竭,同时能源的消耗引发了一系列的环境问题,例如温室效应、光化学烟雾、臭氧层被破坏等等。由于传统能源的不可再生和能源消耗造成的环境污染问题,给人类的生产和生活带来不良的影响,因此,寻找清洁的可持续新能源来代替传统能源已经大势所趋。众周所知,太阳能与氢能不仅来源广泛,且清洁无污染,所以开发和利用太阳能和氢能成了众多科学家研究的重点。人工模拟光合作用被认为是解决未来能源危机的一条有效的途径,其最终目的就是将太阳能转化为化学能。在太阳能分解水制氢的过程中,将水分解成氧气和质子的水氧化半反应是光解水制氢的决定性步骤。在人工模拟光合作用研究领域内,水氧化反应面临的技术难题有：1.设计和开发出高效、稳定、廉价的水氧化催化剂；2.构建出高效的光驱动水氧化反应体系。本论文设计合成了基于2,2’-联吡啶-6,6’-二苯并咪唑配体的单核金属钌催化剂Ru(bpyridylbzim)(pic)2(C 1) (bpyridylbzim=2,2’-联吡啶-6,6'二苯并咪唑,pic=4-甲基吡啶),并对其催化水氧化性能进行了测试。在pH=1.0的CF3S03H溶液中,以硝酸铈铵为氧化剂,以C 1作为催化剂,反应3小时后C 1的催化循环数(TON)达到65；在含有10%7-腈pH=6.8的磷酸缓冲溶液中,以C 1作为催化剂,以[Ru(bpy)2(dcb)]2+(PS 1)(bpy=2,2’-联吡啶；dcb=4,4’-二羧酸乙基-2,2'-联吡啶)作为光敏剂,以Na2S2O8作为电子牺牲剂,研究了三组分体系光驱动水氧化反应的活性,光驱动水氧化反应1.5小时后TON达到8。这些结果表明催化剂C 1具有化学及光化学催化水氧化活性。为了构建高效的光驱动水氧化反应体系,本论文还利用已有的[Ru(bda)(isoq)2](C2)(H2bda=2,2’-联吡啶-6,6'-二羧酸；isoq=异喹啉)作为催化剂,分别以PS 1和[RuII(bpy)2(tpphz](PF6)2(PS 2)(bpy=2,2'-联吡啶,tpphz=四吡啶[3,2-a：2',3'-c：3'',2"-h：2''',3'''-j]吩嗪)为光敏剂,以Na2S2O8作为电子牺牲剂,构建三组分的光驱动水氧化体系。在光敏剂PS 1的氧化电位(E1/2=1.40 V vs .NHE)高于PS 2(E1/2=1.34 V vs .NHE)的前提下,在含有10%乙腈pH=6.8的磷酸缓冲溶液中,PS 2与C2的光驱动体系比PS 1与C2的光驱动体系表现出了更高的光驱动水氧化活性,由此推测可能是PS 2与C2之间的π-π堆积的超分子作用作用提高了电子有效传输速率,一定程度上提高了其光催化水氧化的效率。
【关键词】：人工光合作用 钌金属配合物 光驱动水氧化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O641.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文献综述10-22
• 1.1 光合作用10-14
• 1.1.1 光合作用概述10-12
• 1.1.2 人工光合作用12-14
• 1.2 水氧化催化剂的研究14-18
• 1.2.1 双核金属钌水氧化催化剂14-15
• 1.2.2 单核金属钌水氧化催化剂15-17
• 1.2.3 非贵金属水氧化催化剂17-18
• 1.3 光驱动放氧体系的研究18-20
• 1.3.1 光敏剂的研究18-19
• 1.3.2 超分子体系的研究19-20
• 1.4 本论文的选题背景和依据20-22
• 2 新型催化剂的合成及催化水氧化的性能研究22-35
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验部分23-28
• 2.2.1 分析测试仪器23
• 2.2.2 主要原料23-24
• 2.2.3 溶剂的纯化24
• 2.2.4 催化剂Cl的制备24-26
• 2.2.5 电化学性质测试26
• 2.2.6 紫外-可见吸收光谱测试26-27
• 2.2.7 光驱动水氧化放氧测试27-28
• 2.2.8 化学催化放氧测试28
• 2.3 结果与讨论28-33
• 2.3.1 电化学性质分析28-30
• 2.3.2 紫外-可见吸收光谱分析30
• 2.3.3 光驱动水氧化测试分析30-31
• 2.3.4 化学放氧性质分析31-32
• 2.3.5 不同催化剂与光敏剂浓度比的光驱动体系放氧活性的研究32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 3 高效光催化水氧化体系的性能研究35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 实验部分35-42
• 3.2.1 分析测试仪器36
• 3.2.2 主要原料36
• 3.2.3 溶剂的纯化36
• 3.2.4 催化剂和光敏剂的制备36-40
• 3.2.5 电化学测试40-41
• 3.2.6 光驱动放氧测试41-42
• 3.3 结果与讨论42-44
• 3.3.1 电化学测试分析42
• 3.3.2 光驱动放氧分析42-44
• 3.4 本章小结44-46
• 结论46-47
• 参考文献47-51
• 附录A 主要化合物的表征谱图51-53
• 致谢53-54

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