新型镍基分子催化剂的设计、合成及其电催化产氢研究

发布时间：2023-03-02 17:41

　　氢具有非常高的能量密度,燃烧后只生成完全无污染的水,所以氢气被认为是21世纪的理想燃料。基于此,开发新型的成本低廉的基于地球富产金属元素的产氢分子电催化剂是非常必要的。在各种制氢催化剂中,有一类存在于藻类体内的金属酶叫做氢化酶,它的金属活性位点为非贵金属的镍或铁原子,这种酶能够可逆的催化质子还原反应,而且其催化效率可与贵金属铂类催化剂的催化性能相媲美,故而氢化酶在开发新型非贵金属产氢分子电催化剂方面有很大的前景。此外,大多数人为模拟的氢化酶活性位点的催化活性通常被少量氧气的存在所抑制,这严重限制了其实际应用。因此,发展新型氢化酶活性位点模拟物来解决这一问题是很有必要的。基于此,本论文设计开发了一些新型的镍配合物来模拟镍铁氢化酶活性位点的功能,构筑了三个高效的镍分子电催化体系。首先,本论文合成了一个基于双(二苯膦)二茂铁配体及苯二硫醇配体的二膦二硫醇镍配合物1作为镍铁氢化酶的功能模型物,将其作为电催化产氢分子催化剂,在乙腈中以三氟乙酸为质子源构筑了一个非贵金属的均相电催化体系,利用循环伏安法测得配合物1催化转化频率(TOF)最高可达600 s^-1,接近镍铁氢化酶(7...

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【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 前言
    1.2 分子催化剂的电催化产氢基本理论
        1.2.1 分子催化剂的电催化产氢机理
        1.2.2 分子催化剂电催化体系的研究方法
    1.3 电催化产氢体系中镍分子催化剂的发展
        1.3.1 单核镍分子催化剂
            1.3.1.1 镍氮类配合物
            1.3.1.2 镍硫类配合物
            1.3.1.3 镍膦类配合物
        1.3.2 双核镍分子催化剂
    1.4 本论文的选题背景和依据
第2章 基于二膦二硫醇镍配合物的电催化产氢研究
    2.1 前言
    2.2 实验部分
        2.2.1 本章实验所用到的主要化学药品及溶剂
        2.2.2 样品的测试表征方法
        2.2.3 催化剂的合成与表征
    2.3 配合物晶体结构解析
    2.4 配合物光谱性质分析
    2.5 电化学测试及分析
        2.5.1 配合物的伏安法测试
        2.5.2 配合物循环伏安测试的数字模拟
        2.5.3 配合物的冲洗测试
        2.5.4 扫描速率对产氢速率的影响
        2.5.5 产物氢气对产氢速率的影响
        2.5.6 一氧化碳对产氢速率的影响
        2.5.7 空气中氧气对产氢速率的影响
    2.6 镍硫化合物1的催化制氢机理
    2.7 本章小结
第3章 基于二膦二硒醇镍配合物的电催化产氢研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 本章实验新涉及的试剂
        3.2.2 实验所用到的仪器及测试方法
        3.2.3 配合物2 的合成与表征
    3.3 配合物的单晶结构
    3.4 配合物的光谱性质分析
    3.5 电化学测试
        3.5.1 配合物2 的伏安测试
        3.5.2 配合物2 的冲洗测试
        3.5.3 扫描速率以及催化剂浓度对电催化产氢的影响
        3.5.4 配合物2 循环伏安测试的数字模拟
        3.5.5 产物氢气对电催化产氢的影响
        3.5.6 一氧化碳对产氢速率的影响
        3.5.7 空气中氧气对产氢速率的影响
    3.6 催化产氢机理分析
    3.7 本章小结
第4章 基于不同取代基的二膦二硒醇镍配合物的电催化产氢研究
    4.1 前言
    4.2 实验部分
        4.2.1 本章实验新涉及的化学试剂
        4.2.2 实验所用到的主要测试方法
        4.2.3 配合物的合成与表征
    4.3 配合物4的单晶结构解析
    4.4 配合物的光谱性质分析
    4.5 电化学测试
        4.5.1 循环伏安测试
        4.5.2 配合物的扫描速率测试
        4.5.3 电催化质子还原测试
    4.6 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
附录 A
个人简历、在学期间发表的学术论文



本文编号：3752344