基于阴离子配体的金属钌配合物催化水氧化的研究

发布时间：2022-01-05 09:18

　　人工光合作用能通过太阳能分解水产生氢气和氧气,将太阳能转化为化学能,是解决能源危机和发展新能源的一条主要途径。在人工光合作用中,水氧化半反应至关重要,因此开发稳定高效的水氧化催化剂是很有必要的,而分子水平的金属钌配合物水氧化催化剂有非常好的催化性能,成为了人们关注的热点。由于带负电荷的阴离子配体具有很强的给电子能力,因此能够降低金属钌催化剂的氧化还原电位和稳定高价金属钌中间体,进而提高其催化水氧化性能。然而目前大部分水氧化催化剂有水溶解度很差的缺点,会影响催化活性。基于此,本论文设计合成了一系列基于阴离子配体同时能增强水溶性的金属钌水氧化催化剂。首先,合成了一个含阴离子的配体H₄L（H₄L=4,4’,6,6’-四羧基-2,2’-联吡啶）。并以这个配体为横向配体合成了两个单核钌水氧化催化剂1和2,并对它们的化学法催化水氧化性能进行了测试。由于两个未配位的羧基能够增强催化剂的水溶性,从而提高了催化效果。结果表明,催化剂2的催化循环数TON可以高达9160,催化剂1的TON为5830,催化时长均可达12个小时,都表现出了非常好的催化性能和稳定性。催... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光合作用反应过程

兰州大学硕士学位论文 基于阴离子配体的金属钌配合物催化水氧化的研究P680+能够被原初电子供体酪氨酸（Tyrz)(还原活性氨基酸，E <1.0V)还原成基态，而氧化态的 Tyrz+从释氧复合体（OEC，Mn4CaO5簇)中提取一个电子，变成原来的状态。经过这样的四次循环后，释氧中心（OEC）失去四个电子而形成了高价态，高价态的释氧中心把两分子水氧化同时得到四个电子回到原来的状态，同时产生一个氧气和四个质子（2H2O →O2+ 4H++ 4e-），是光合作用最重要的过程，自然光合作用系统为人类提供了如何有效利用和储存太阳能的蓝图（如图 1.2 所示）。

图 1.3 释氧中心复合体 Mn4CaO5和配体环境的立体结构（左）和 Mn4CaO5的精确结构（右1.1.3 人工光合作用由于全球化石能源储量有限，越用越少，日渐枯竭。寻找新能源越来越多受到全世界科学家的关注。而太阳能是清洁能源，且储量巨大，取之不尽，用不竭。如何更好地有效的利用太阳能成为科学家普遍关注的焦点。由植物光合用机理受到启发，科学家想到了人工模拟光合作用[10-12]。而人工光合作用，实就是人工建立一个模拟光合作用的体系，可以高效的吸收太阳能，并且能够变为化学能储存起来，实现能量的转化。就目前而言，主要有两种形式（如图1.4 所示）的人工光合作受到了科学家的注意：其中一种是通过吸收太阳光，步激发后，能达到足够高的氧化还原电位，此电位能直接氧化水，接着发生氧反应和还原反应，所以能直接把水氧化产生氧气[13-17]。而另一种则是有两个同的电极：阳极和阴极。阳极收到光激发后失去电子，有很高的氧化还原电位进而发生氧化分解水的反应。阴极收到光激发同时得到阳极释放出的电子，从实现质子还原反应[18-21]。人工光合作用跟自然界的光合作用一样，同样需要


本文编号：3570093