本文關(guān)鍵詞：非貴金屬配合物光催化劑在水解制氫反應(yīng)中的性能研究

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【摘要】：光解水催化制氫反應(yīng)是在光照條件下,經(jīng)過一系列反應(yīng),使水分解產(chǎn)生氫氣。該法是一種清潔、環(huán)保、可循環(huán)利用的制氫方法。本論文在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,分別選用了2-巰基吡啶、2,2-聯(lián)吡啶和1,10-菲Up啉為配體,鈷、錳、鐵為中心離子,設(shè)計(jì)合成了Co(bpy)(pyS)2(M1)、Co(phen)(pyS)2(M2)、Mn(bpy)(pyS)2(M3)、Mn(phen)(pyS)2(M4)、Fe(bpy)(pyS)2(M5)和Fe(phen)(pyS)2(M6)六種非貴金屬配合物催化劑。通過元素分析、1H-NMR和ESI-MS對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,考察了反應(yīng)工藝條件對六種催化劑光催化水解制氫性能的影響,探討了光催化水解制氫體系失活的原因及其反應(yīng)機(jī)理。本論文中光催化反應(yīng)體系由催化劑、電子供體及光敏劑組成�？疾炝朔磻�(yīng)工藝條件(催化劑及其濃度、電子供體及其濃度、光敏劑及其濃度、反應(yīng)體系pH值、溶劑及其濃度)對催化體系性能的影響,并對其進(jìn)行優(yōu)化,確定最佳的制氫條件。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,在相同的反應(yīng)工藝條件下,催化劑的催化性能M1M2M6M5M3M4。最佳反應(yīng)工藝條件為:催化劑為M1,其濃度為0.02 mM;電子供體為三乙胺,其體積含量為5%;光敏劑為熒光素,其濃度為2.0 mM;反應(yīng)體系中的pH值為11.6;溶劑為乙醇/水,其體積比為1:1。在最佳反應(yīng)工藝條件下,隨著反應(yīng)時間的增加,催化劑的催化性能呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)反應(yīng)時間為第25 h時,催化劑M1的產(chǎn)氫量達(dá)到最大值261.1μmol。在研究過程中發(fā)現(xiàn),光催化體系失活的主要原因是由于非貴金屬配合物催化劑的分解造成的。另外,在光照條件下,體系中催化劑的存在有助于光敏劑熒光素的穩(wěn)定性,使其壽命更長。在此基礎(chǔ)上,探討了催化劑M1與M2在光催化產(chǎn)氫體系中的反應(yīng)機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn),電子從單線態(tài)熒光素轉(zhuǎn)移到配合物M1與M2的過程在熱力學(xué)上是可行的,熒光素單重激發(fā)態(tài)的氧化淬滅是電子轉(zhuǎn)移的主導(dǎo)途徑。
【關(guān)鍵詞】：配合物 光催化 水制氫
【學(xué)位授予單位】：廣東藥科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TQ116.2
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 半導(dǎo)體光催化劑9-12
• 1.1.1 TiO_2半導(dǎo)體光催化材料9-10
• 1.1.2 金屬硫化物半導(dǎo)體光催化材料10-11
• 1.1.3 無機(jī)層狀化合物半導(dǎo)體光催化材料11
• 1.1.4 異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米光催化劑11-12
• 1.2 金屬配合物光催化劑12-15
• 1.2.1 貴金屬為主體的配合物光催化劑12-14
• 1.2.2 非貴金屬的配合物光催化劑14-15
• 1.3 選題依據(jù)15-16
• 1.4 本論文主要研究內(nèi)容16-17
• 第二章 非貴金屬配合物光催化劑的合成及研究方法17-26
• 2.1 試劑和儀器17-19
• 2.1.1 試劑17-18
• 2.1.2 儀器18
• 2.1.3 試劑的預(yù)處理18-19
• 2.2 催化劑的合成19-22
• 2.2.1 催化劑M1的合成19-20
• 2.2.2 催化劑M2的合成20
• 2.2.3 催化劑M3的合成20-21
• 2.2.4 催化劑M4的合成21
• 2.2.5 催化劑M5的合成21-22
• 2.2.6 催化劑M6的合成22
• 2.3 研究方法22-26
• 2.3.1 光催化水解制氫性能的評價方法22-23
• 2.3.2 光催化水解制氫中氫氣來源驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)23
• 2.3.3 光催化水解制氫體系失活的研究方法23-24
• 2.3.4 光催化水解制氫體系中光敏劑和催化劑的降解情況考察24
• 2.3.5 光催化水解制氫體系反應(yīng)機(jī)理的研究方法24-26
• 第三章 鈷配合物催化劑M1和M2光催化水解制氫性能研究26-36
• 3.1 M1和M2光催化水解制氫性能研究26-35
• 3.1.1 體系中pH值對光催化劑M1和M2催化制氫性能的影響26-28
• 3.1.2 體系中溶劑對光催化劑M1和M2催化制氫性能的影響28-30
• 3.1.3 體系中電子供體對光催化劑M1和M2催化制氫性能的影響30-32
• 3.1.4 體系中光敏劑對光催化劑M1和M2催化制氫性能的影響32-33
• 3.1.5 體系中催化劑M1和M2的濃度對催化制氫性能的影響33-34
• 3.1.6 最佳條件下催化體系反應(yīng)壽命的考察34-35
• 3.2 本章小結(jié)35-36
• 第四章 錳配合物催化劑M3和M4光催化水解制氫性能研究36-45
• 4.1 M3和M4光催化水解制氫性能研究36-44
• 4.1.1 體系中pH值對光催化劑M3和M4催化制氫性能的影響36-38
• 4.1.2 體系中溶劑對光催化劑M3和M4催化制氫性能的影響38-39
• 4.1.3 體系中電子供體對光催化劑M3和M4催化制氫性能的影響39-41
• 4.1.4 體系中光敏劑對光催化劑M3和M4催化制氫性能的影響41-42
• 4.1.5 體系中催化劑濃度對體系催化制氫性能的影響42-43
• 4.1.6 最佳條件下催化體系反應(yīng)壽命的考察43-44
• 4.2 本章小結(jié)44-45
• 第五章 鐵配合物催化劑M5和M6光催化水解制氫性能研究45-54
• 5.1 M5和M6光催化水解制氫性能研究45-53
• 5.1.1 體系中pH值對光催化劑M5和M6催化制氫性能的影響45-47
• 5.1.2 體系中溶劑對光催化劑M5和M6催化制氫性能的影響47-49
• 5.1.3 體系中電子供體對光催化劑M5和M6催化制氫性能的影響49-50
• 5.1.4 體系中光敏劑對光催化劑M5和M6催化制氫性能的影響50-52
• 5.1.5 體系中催化劑濃度對光催化劑M5和M6催化制氫性能的影響52
• 5.1.6 最佳條件下催化體系反應(yīng)壽命的考察52-53
• 5.2 本章小結(jié)53-54
• 第六章 光催化水解制氫反應(yīng)體系失活及機(jī)理的研究54-66
• 6.1 光催化水解制氫反應(yīng)體系失活的研究54-59
• 6.1.1 鈷配合物催化劑M1和M2光催化反應(yīng)體系失活的研究54-56
• 6.1.2 錳配合物催化劑M3和M4光催化反應(yīng)體系失活的研究56-58
• 6.1.3 鐵配合物催化劑M5和M6光催化反應(yīng)體系失活的研究58-59
• 6.2 光催化水解制氫體系反應(yīng)機(jī)理的研究59-64
• 6.2.1 光催化水解制氫體系的熱力學(xué)研究59-62
• 6.2.2 光催化水解制氫體系的電子轉(zhuǎn)移方式62-64
• 6.2.3 光催化水解制氫體系的反應(yīng)機(jī)理64
• 6.3 本章小結(jié)64-66
• 本文結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文77-78
• 附錄78-80
• 致謝80

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本文編號：641086