基于镍的金属有机材料构筑及光催化放氢研究

发布时间：2017-09-16 08:32

  本文关键词：基于镍的金属有机材料构筑及光催化放氢研究

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【摘要】：金属-有机材料(简称为MOMs)同时结合了无机金属离子及有机配体的优势,通过配位自组装形成不同空间构型以及维度的超分子结构,并可以对其结构进行调整,比如通过预合成或者后修饰的方法进行功能化,是学习酶催化过程的重要模型。另外,MOMs能够通过培养单晶的方式,以及通过X射线单晶衍射获得其明确的结构,这无疑对于研究反应机理尚不清晰的金属酶有重大的意义。因此文中将具有生物相关性的金属镍引入到金属有机材料中,用于模拟自然界中的光合作用,实现了光致产氢。利用间苯二甲醛或者对苯二甲醛与2-肼基吡啶通过席夫碱反应得到的两例双两齿配体LM和LP,含有多个氮配位点,通过改变配位阴离子以及调控配位环境来获得不同的产物,分别与镍自组装形成三例Ni-LMH([6+6])、Ni-LMT([3+3])、Ni-LPD([2+2])的金属有机环状化合物。荧光素为光敏剂,三乙胺为电子牺牲剂,分别以Ni-LMT、Ni-LPD的金属有机环状化合物为催化剂,构筑三元体系,模拟自然界中的催化中心,实现了光致产氢。通过调节体系条件,实现高效稳定的光催化放氢体系,Ni-LMT催化转化率(TON值)最高达2600,Ni-LPD催化转化率最高达3100。对于Ni-LPD由于配体空间上处在相互平行的位置能够通过π-π堆积作用以及静电作用实现对荧光素分子的包合,形成准分子结构,在催化效率上要高于三元环结构。通过与设计合成的单核结构对比,也从一定程度上证实了二元环结构与荧光素分子的结合。以配位自组装成功地将具有偶氮结构的配体与金属镍配位得到了一例三维结构的金属有机框架Ni-DPA,由于偶氮结构的引入降低了镍的氧化还原电位,提高了还原质子的能力。在以三乙胺为电子牺牲剂,荧光素为光敏剂,Ni-DPA为催化剂组成的三元非均相体系中,实现了光致产氢。由于框架结构自身具有的大的表面积以及多孔的特性,通过荧光滴定证实了,荧光素能够附着在Ni-DPA上,加速体系中的电子传递,有利于催化反应的进行,催化转化率最高达到118。
【关键词】：金属有机材料 自组装 包合 三元体系 光致产氢
【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;TQ116.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-25
• 1.1 金属有机超分子的发展8-9
• 1.2 金属有机大环研究进展9-13
• 1.2.1 金属有机环状化合物概述9-10
• 1.2.2 金属有机大环的构筑10-11
• 1.2.3 金属有机大环模拟酶催化的研究11-13
• 1.3 金属有机框架研究进展13-17
• 1.3.1 金属有机框架概述13-14
• 1.3.2 金属有机框架在催化方面的应用14-17
• 1.4 光催化制氢体系的研究进展17-23
• 1.4.1 放氢研究概述17
• 1.4.2 三元体系的放氢研究17-21
• 1.4.3 基于镍催化剂放氢的研究21-23
• 1.5 设计思想与工作内容23-25
• 2 基于镍的金属有机大环的组装及催化光解水制氢25-46
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-29
• 2.2.1 实验仪器及试剂25-26
• 2.2.2 配体及配合物的合成26-27
• 2.2.3 配合物晶体结构27-29
• 2.3 结果与讨论29-44
• 2.3.1 Ni-LMT光分解水制氢研究29-36
• 2.3.2 Ni-LPD光分解水制氢研究36-44
• 2.4 本章小结44-46
• 3 基于镍的金属有机框架的组装及催化光解水制氢46-56
• 3.1 引言46
• 3.2 实验部分46-51
• 3.2.1 实验仪器与试剂46-47
• 3.2.2 配体及配合物的合成47-48
• 3.2.3 配合物晶体结构及表征48-51
• 3.3 结果与讨论51-55
• 3.4 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-62
• 附录A 配体的核磁62-65
• 附录B 晶体结构数据65-75
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况75-76
• 致谢76-77

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本文编号：861978