鈷配合物催化產(chǎn)氫性能研究及光陰極器件組裝.pdf

1、太陽能是一種可再生的清潔能源，通過各種方式將太陽能應用于人類社會具有重要意義，其中利用太陽能光解水制氫是一種理想的利用途徑。由于氫氣具有很高的能量密度，被視為一種很有前景的化石燃料的替代品。在過去的十幾年中，多組分催化和光電化學池被廣泛研究，但產(chǎn)氫效率一直受到各種因素的限制。因此提高催化劑的光催化效率以及尋找高效的轉(zhuǎn)化途徑成為光解水催化產(chǎn)氫體系面臨的巨大挑戰(zhàn)。以此為背景，本論文以兩種催化產(chǎn)氫體系為基礎(chǔ)，開展了相應的研究工作:(1)以多吡

2、啶鈷為催化劑的均相催化體系的研究;(2)以鈷肟分子催化劑與CdSe量子點的光陰極功能產(chǎn)氫器件的組裝。
　　以非貴金屬鈷與多吡啶結(jié)合的配合物為催化劑，[Ru(bPy)3]2+為光敏劑，抗壞血酸為電子犧牲體構(gòu)建了均相催化體系，實現(xiàn)了純水相催化質(zhì)子還原產(chǎn)氫。通過催化體系的各種條件優(yōu)化，經(jīng)過11小時的光照實驗，催化劑1[Co(tpen)](BF4)2{tpen=N1，N1，N2，N2-tetrakis(pyridinyl-2-methyl

3、)ethane-1,2-diamine)、2[Co(bztpen)](BF4)2{bztpen=N1-benzyl-N1,N2,N2-tris(pyridinyl-2-methyl)ethane-1,2-diamine)、3[Co(dbzbpen)](BF4)2{dbzbpen=N1，N2-dibenzyl-N1，N2-bis(pyridinyl-2-methyl)ethane-1，2-diamine）的TON值分別達到639、2078

4、、98，催化劑1和2的光量子效率分別達到0.48％和1.51％。經(jīng)過長時間的光照，催化體系出現(xiàn)明顯的失活現(xiàn)象，研究發(fā)現(xiàn)，催化劑和光敏劑作為金屬有機配合物，均出現(xiàn)了明顯的分解而使體系失活。同時根據(jù)電化學實驗結(jié)果和相應的文獻，我們推測了該體系催化反應產(chǎn)氫機理，三聯(lián)吡啶釕光敏劑激發(fā)態(tài)的淬滅途徑為還原淬滅。
　　將鈷肟分子催化劑和巰基乙酸修飾的CdSe量子點光敏劑，通過化學鍵合的方式吸附到多孔p型NiO的表面，組成光陰極器件，能夠?qū)崿F(xiàn)光驅(qū)

5、動催化質(zhì)子還原產(chǎn)氫。其中CdSe量子點通過SILAR(successive ionic layer adsorption and reaction)法和OIAR(one-potin situ adsorption and reaction)法兩種方式敏化到NiO表面，而使用多孔NiO大大增加了電極的比表面積，提高了光敏劑和催化劑的吸附量。以3W的LED藍光燈作為光源，在相對標準氫為0V的電壓下、0.1 MpH7的中性Na2SO4水溶液中