釕金屬配合物光驅(qū)動(dòng)水氧化反應(yīng)的研究.pdf

1、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)。

2、　　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(bpyrid

3、ylbzim)(pic)2(C1)（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CF3SO3H溶液中，以硝酸鈰銨為氧化劑，以C1作為催化劑，反應(yīng)3小時(shí)后C1的催化循環(huán)數(shù)(TON)達(dá)到65;在含有10％乙腈pH=6.8的磷酸緩沖溶液中，以C1作為催化劑，以[Ru(bpy)2(dcb)]2+(PS1)（bpy=2，2'-聯(lián)吡啶;dcb=4，4'-二羧

4、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C1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PS1和[RuⅡ(bpy)2(tpphz)

5、](PF6)2(PS2)（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PS1的氧化電位（E1/2=1.40 V vs.NHE）高于PS2（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，PS2與C2的光驅(qū)動(dòng)體系比PS1與C2的光驅(qū)動(dòng)體