基于金属-有机四面体光催化制氢体系的研究

发布时间：2020-10-18 09:26

　　 随着社会不断的进步与发展,人们追求舒适安全生活环境的需求越发强烈,但层出不穷的能源危机及环境污染,促使化学家们不断研发新型环境友好的材料。而将随处可见的太阳能转化为化学能加以利用,一直是科研工作的难点,使用太阳能催化产生清洁能源-氢能是一个最为理想的利用途径。其中一个重要的领域是人工模拟自然界中产氢酶的活性中心来实现催化产氢。另一方面硫化氢分子与水分子有相似的结构,利用光催化分解硫化氢产生氢气及单质硫,即解决了硫化氢的污染问题,又同时生成了氢气和硫,引起了广大化学家的关注。金属-有机多面体拥有明确的结构,刚性骨架,限域空腔以及丰富的主客体化学性质,这赋予了其多种优秀的功能特性,在分子识别、选择性催化等方面有着十分广泛的应用。金属-有机多面体的空腔结构可以用来模拟生物酶催化的微环境。在形成主客体包合物后,电子传递过程由原来的分子间过程转为准分子内过程,电子传递效率可以得到显著增加。因此,本论文基于面导向配体结构可控,主客体作用强的优势,结合三苯胺的三臂结构,设计合成新型面导向配体,构筑具有内部空腔的金属-有机四面体结构,包合光敏剂分子,调控电子转移途径,使光催化制氢体系的效率得到提升。工作主要由以下两个部分构成:一、以三臂面导向的三苯胺配体与Co(Ⅱ)离子配位自组装,构筑了Co-TFT金属-有机四面体结构。金属钴离子占据四面体的四个顶点,以六配位的方式与双齿N、S螯合基团进行配位。该四面体结构可通过π-π作用对光敏剂荧光素分子进行包合。研究其在常温常压下光催化分解硫化氢的性质,优化反应条件,以较高效率进行光催化硫化氢分解,催化剂的催化转化率(TON)达到1751,而且在产生氢气同时生成了硫单质。二、选择三臂面导向的三苯胺配体,通过亚组分自组装的方法与4-咪唑甲醛以及具有氧化还原活性的Fe(II)可控构筑了金属-有机四面体笼状结构。Fe-TBAMZ以及光敏剂荧光素分子和电子牺牲剂三乙胺构筑了三组分光解水制氢体系。催化剂的光解水催化转化率(TON)达到2197。研究表明包合体系改变了光解水制氢体系中光敏剂的电子转移路径,提升了光敏剂和催化剂Fe-TBAMZ间的电子转移速率和催化效率,提供了一种研究光催化水分解制氢体系的新途径。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O643.36;TQ116.2
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 绪论
    1.1 金属-有机超分子及热力学、动力学表现
        1.1.1 金属-有机超分子
        1.1.2 金属-有机超分子组装策略
        1.1.3 亚组分自组装
            1.1.3.1 边桥连的四面体笼状结构
            1.1.3.2 面连接的四面体和立方体结构
        1.1.4 热力学、动力学表现
    1.2 金属-有机多面体的应用研究
        1.2.1 金属-有机多面体的的识别响应过程
        1.2.2 通过主客体化学提升反应活性
            1.2.2.1 金属-有机超分子及人工光合作用
    1.3 可见光驱动催化产氢反应
    1.4 光催化硫化氢分解
    1.5 本课题选题意义及主要工作
4（TFT）₄的合成及光催化硫化氢全分解'>2 金属-有机四面体Co₄（TFT）₄的合成及光催化硫化氢全分解
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料、设备与表征仪器
            2.2.1.1 实验原料
            2.2.1.2 实验设备
        2.2.2 配体的合成及构筑金属-有机四面体
    2.3 结果与讨论
    2.4 本章小结
4（TBAMZ）₄的构筑及光解水制氢的研究'>3 四面体金属-有机配合物Fe₄（TBAMZ）₄的构筑及光解水制氢的研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料、设备与表征仪器
            3.2.1.1 实验原料
            3.2.1.2 实验设备
        3.2.2 配体的合成及金属-有机四面体的构筑
    3.3 结果与讨论
    3.4 本章小结
结论
参考文献
附录A 部分反应产物的表征谱图
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2846116