基于陰離子配體的金屬釕配合物催化水氧化的研究
發(fā)布時(shí)間：2022-01-05 09:18
人工光合作用能通過(guò)太陽(yáng)能分解水產(chǎn)生氫氣和氧氣,將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,是解決能源危機(jī)和發(fā)展新能源的一條主要途徑。在人工光合作用中,水氧化半反應(yīng)至關(guān)重要,因此開發(fā)穩(wěn)定高效的水氧化催化劑是很有必要的,而分子水平的金屬釕配合物水氧化催化劑有非常好的催化性能,成為了人們關(guān)注的熱點(diǎn)。由于帶負(fù)電荷的陰離子配體具有很強(qiáng)的給電子能力,因此能夠降低金屬釕催化劑的氧化還原電位和穩(wěn)定高價(jià)金屬釕中間體,進(jìn)而提高其催化水氧化性能。然而目前大部分水氧化催化劑有水溶解度很差的缺點(diǎn),會(huì)影響催化活性�；诖�,本論文設(shè)計(jì)合成了一系列基于陰離子配體同時(shí)能增強(qiáng)水溶性的金屬釕水氧化催化劑。首先,合成了一個(gè)含陰離子的配體H4L（H4L=4,4’,6,6’-四羧基-2,2’-聯(lián)吡啶）。并以這個(gè)配體為橫向配體合成了兩個(gè)單核釕水氧化催化劑1和2,并對(duì)它們的化學(xué)法催化水氧化性能進(jìn)行了測(cè)試。由于兩個(gè)未配位的羧基能夠增強(qiáng)催化劑的水溶性,從而提高了催化效果。結(jié)果表明,催化劑2的催化循環(huán)數(shù)TON可以高達(dá)9160,催化劑1的TON為5830,催化時(shí)長(zhǎng)均可達(dá)12個(gè)小時(shí),都表現(xiàn)出了非常好的催化性能和穩(wěn)定性。催...
【文章來(lái)源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：92 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光合作用反應(yīng)過(guò)程
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于陰離子配體的金屬釕配合物催化水氧化的研究P680+能夠被原初電子供體酪氨酸（Tyrz)(還原活性氨基酸，E <1.0V)還原成基態(tài)，而氧化態(tài)的 Tyrz+從釋氧復(fù)合體（OEC，Mn4CaO5簇)中提取一個(gè)電子，變成原來(lái)的狀態(tài)。經(jīng)過(guò)這樣的四次循環(huán)后，釋氧中心（OEC）失去四個(gè)電子而形成了高價(jià)態(tài)，高價(jià)態(tài)的釋氧中心把兩分子水氧化同時(shí)得到四個(gè)電子回到原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)氧氣和四個(gè)質(zhì)子（2H2O →O2+ 4H++ 4e-），是光合作用最重要的過(guò)程，自然光合作用系統(tǒng)為人類提供了如何有效利用和儲(chǔ)存太陽(yáng)能的藍(lán)圖（如圖 1.2 所示）。
圖 1.3 釋氧中心復(fù)合體 Mn4CaO5和配體環(huán)境的立體結(jié)構(gòu)（左）和 Mn4CaO5的精確結(jié)構(gòu)（右1.1.3 人工光合作用由于全球化石能源儲(chǔ)量有限，越用越少，日漸枯竭。尋找新能源越來(lái)越多受到全世界科學(xué)家的關(guān)注。而太陽(yáng)能是清潔能源，且儲(chǔ)量巨大，取之不盡，用不竭。如何更好地有效的利用太陽(yáng)能成為科學(xué)家普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。由植物光合用機(jī)理受到啟發(fā)，科學(xué)家想到了人工模擬光合作用[10-12]。而人工光合作用，實(shí)就是人工建立一個(gè)模擬光合作用的體系，可以高效的吸收太陽(yáng)能，并且能夠變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。就目前而言，主要有兩種形式（如圖1.4 所示）的人工光合作受到了科學(xué)家的注意：其中一種是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，步激發(fā)后，能達(dá)到足夠高的氧化還原電位，此電位能直接氧化水，接著發(fā)生氧反應(yīng)和還原反應(yīng)，所以能直接把水氧化產(chǎn)生氧氣[13-17]。而另一種則是有兩個(gè)同的電極：陽(yáng)極和陰極。陽(yáng)極收到光激發(fā)后失去電子，有很高的氧化還原電位進(jìn)而發(fā)生氧化分解水的反應(yīng)。陰極收到光激發(fā)同時(shí)得到陽(yáng)極釋放出的電子，從實(shí)現(xiàn)質(zhì)子還原反應(yīng)[18-21]。人工光合作用跟自然界的光合作用一樣，同樣需要
本文編號(hào)：3570093
【文章來(lái)源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：92 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
光合作用反應(yīng)過(guò)程
蘭州大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于陰離子配體的金屬釕配合物催化水氧化的研究P680+能夠被原初電子供體酪氨酸（Tyrz)(還原活性氨基酸，E <1.0V)還原成基態(tài)，而氧化態(tài)的 Tyrz+從釋氧復(fù)合體（OEC，Mn4CaO5簇)中提取一個(gè)電子，變成原來(lái)的狀態(tài)。經(jīng)過(guò)這樣的四次循環(huán)后，釋氧中心（OEC）失去四個(gè)電子而形成了高價(jià)態(tài)，高價(jià)態(tài)的釋氧中心把兩分子水氧化同時(shí)得到四個(gè)電子回到原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)氧氣和四個(gè)質(zhì)子（2H2O →O2+ 4H++ 4e-），是光合作用最重要的過(guò)程，自然光合作用系統(tǒng)為人類提供了如何有效利用和儲(chǔ)存太陽(yáng)能的藍(lán)圖（如圖 1.2 所示）。
圖 1.3 釋氧中心復(fù)合體 Mn4CaO5和配體環(huán)境的立體結(jié)構(gòu)（左）和 Mn4CaO5的精確結(jié)構(gòu)（右1.1.3 人工光合作用由于全球化石能源儲(chǔ)量有限，越用越少，日漸枯竭。尋找新能源越來(lái)越多受到全世界科學(xué)家的關(guān)注。而太陽(yáng)能是清潔能源，且儲(chǔ)量巨大，取之不盡，用不竭。如何更好地有效的利用太陽(yáng)能成為科學(xué)家普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。由植物光合用機(jī)理受到啟發(fā)，科學(xué)家想到了人工模擬光合作用[10-12]。而人工光合作用，實(shí)就是人工建立一個(gè)模擬光合作用的體系，可以高效的吸收太陽(yáng)能，并且能夠變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存起來(lái)，實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化。就目前而言，主要有兩種形式（如圖1.4 所示）的人工光合作受到了科學(xué)家的注意：其中一種是通過(guò)吸收太陽(yáng)光，步激發(fā)后，能達(dá)到足夠高的氧化還原電位，此電位能直接氧化水，接著發(fā)生氧反應(yīng)和還原反應(yīng)，所以能直接把水氧化產(chǎn)生氧氣[13-17]。而另一種則是有兩個(gè)同的電極：陽(yáng)極和陰極。陽(yáng)極收到光激發(fā)后失去電子，有很高的氧化還原電位進(jìn)而發(fā)生氧化分解水的反應(yīng)。陰極收到光激發(fā)同時(shí)得到陽(yáng)極釋放出的電子，從實(shí)現(xiàn)質(zhì)子還原反應(yīng)[18-21]。人工光合作用跟自然界的光合作用一樣，同樣需要
本文編號(hào)：3570093
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