本文關(guān)鍵詞：釕金屬配合物光驅(qū)動(dòng)水氧化反應(yīng)的研究

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【摘要】：能源是人類(lèi)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活的先決條件,隨著人類(lèi)社會(huì)的不斷進(jìn)步,傳統(tǒng)能源,如煤、石油、天然氣面臨枯竭,同時(shí)能源的消耗引發(fā)了一系列的環(huán)境問(wèn)題,例如溫室效應(yīng)、光化學(xué)煙霧、臭氧層被破壞等等。由于傳統(tǒng)能源的不可再生和能源消耗造成的環(huán)境污染問(wèn)題,給人類(lèi)的生產(chǎn)和生活帶來(lái)不良的影響,因此,尋找清潔的可持續(xù)新能源來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源已經(jīng)大勢(shì)所趨。眾周所知,太陽(yáng)能與氫能不僅來(lái)源廣泛,且清潔無(wú)污染,所以開(kāi)發(fā)和利用太陽(yáng)能和氫能成了眾多科學(xué)家研究的重點(diǎn)。人工模擬光合作用被認(rèn)為是解決未來(lái)能源危機(jī)的一條有效的途徑,其最終目的就是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。在太陽(yáng)能分解水制氫的過(guò)程中,將水分解成氧氣和質(zhì)子的水氧化半反應(yīng)是光解水制氫的決定性步驟。在人工模擬光合作用研究領(lǐng)域內(nèi),水氧化反應(yīng)面臨的技術(shù)難題有：1.設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的水氧化催化劑；2.構(gòu)建出高效的光驅(qū)動(dòng)水氧化反應(yīng)體系。本論文設(shè)計(jì)合成了基于2,2’-聯(lián)吡啶-6,6’-二苯并咪唑配體的單核金屬釕催化劑Ru(bpyridylbzim)(pic)2(C 1) (bpyridylbzim=2,2’-聯(lián)吡啶-6,6'二苯并咪唑,pic=4-甲基吡啶),并對(duì)其催化水氧化性能進(jìn)行了測(cè)試。在pH=1.0的CF3S03H溶液中,以硝酸鈰銨為氧化劑,以C 1作為催化劑,反應(yīng)3小時(shí)后C 1的催化循環(huán)數(shù)(TON)達(dá)到65；在含有10%7-腈pH=6.8的磷酸緩沖溶液中,以C 1作為催化劑,以[Ru(bpy)2(dcb)]2+(PS 1)(bpy=2,2’-聯(lián)吡啶；dcb=4,4’-二羧酸乙基-2,2'-聯(lián)吡啶)作為光敏劑,以Na2S2O8作為電子犧牲劑,研究了三組分體系光驅(qū)動(dòng)水氧化反應(yīng)的活性,光驅(qū)動(dòng)水氧化反應(yīng)1.5小時(shí)后TON達(dá)到8。這些結(jié)果表明催化劑C 1具有化學(xué)及光化學(xué)催化水氧化活性。為了構(gòu)建高效的光驅(qū)動(dòng)水氧化反應(yīng)體系,本論文還利用已有的[Ru(bda)(isoq)2](C2)(H2bda=2,2’-聯(lián)吡啶-6,6'-二羧酸；isoq=異喹啉)作為催化劑,分別以PS 1和[RuII(bpy)2(tpphz](PF6)2(PS 2)(bpy=2,2'-聯(lián)吡啶,tpphz=四吡啶[3,2-a：2',3'-c：3'',2"-h：2''',3'''-j]吩嗪)為光敏劑,以Na2S2O8作為電子犧牲劑,構(gòu)建三組分的光驅(qū)動(dòng)水氧化體系。在光敏劑PS 1的氧化電位(E1/2=1.40 V vs .NHE)高于PS 2(E1/2=1.34 V vs .NHE)的前提下,在含有10%乙腈pH=6.8的磷酸緩沖溶液中,PS 2與C2的光驅(qū)動(dòng)體系比PS 1與C2的光驅(qū)動(dòng)體系表現(xiàn)出了更高的光驅(qū)動(dòng)水氧化活性,由此推測(cè)可能是PS 2與C2之間的π-π堆積的超分子作用作用提高了電子有效傳輸速率,一定程度上提高了其光催化水氧化的效率。
【關(guān)鍵詞】：人工光合作用 釕金屬配合物 光驅(qū)動(dòng)水氧化
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O641.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 引言9-10
• 1 文獻(xiàn)綜述10-22
• 1.1 光合作用10-14
• 1.1.1 光合作用概述10-12
• 1.1.2 人工光合作用12-14
• 1.2 水氧化催化劑的研究14-18
• 1.2.1 雙核金屬釕水氧化催化劑14-15
• 1.2.2 單核金屬釕水氧化催化劑15-17
• 1.2.3 非貴金屬水氧化催化劑17-18
• 1.3 光驅(qū)動(dòng)放氧體系的研究18-20
• 1.3.1 光敏劑的研究18-19
• 1.3.2 超分子體系的研究19-20
• 1.4 本論文的選題背景和依據(jù)20-22
• 2 新型催化劑的合成及催化水氧化的性能研究22-35
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-28
• 2.2.1 分析測(cè)試儀器23
• 2.2.2 主要原料23-24
• 2.2.3 溶劑的純化24
• 2.2.4 催化劑Cl的制備24-26
• 2.2.5 電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試26
• 2.2.6 紫外-可見(jiàn)吸收光譜測(cè)試26-27
• 2.2.7 光驅(qū)動(dòng)水氧化放氧測(cè)試27-28
• 2.2.8 化學(xué)催化放氧測(cè)試28
• 2.3 結(jié)果與討論28-33
• 2.3.1 電化學(xué)性質(zhì)分析28-30
• 2.3.2 紫外-可見(jiàn)吸收光譜分析30
• 2.3.3 光驅(qū)動(dòng)水氧化測(cè)試分析30-31
• 2.3.4 化學(xué)放氧性質(zhì)分析31-32
• 2.3.5 不同催化劑與光敏劑濃度比的光驅(qū)動(dòng)體系放氧活性的研究32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 3 高效光催化水氧化體系的性能研究35-46
• 3.1 引言35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分35-42
• 3.2.1 分析測(cè)試儀器36
• 3.2.2 主要原料36
• 3.2.3 溶劑的純化36
• 3.2.4 催化劑和光敏劑的制備36-40
• 3.2.5 電化學(xué)測(cè)試40-41
• 3.2.6 光驅(qū)動(dòng)放氧測(cè)試41-42
• 3.3 結(jié)果與討論42-44
• 3.3.1 電化學(xué)測(cè)試分析42
• 3.3.2 光驅(qū)動(dòng)放氧分析42-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 結(jié)論46-47
• 參考文獻(xiàn)47-51
• 附錄A 主要化合物的表征譜圖51-53
• 致謝53-54

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