水氧化论文：新型单核及双核钌催化剂催化水氧化研究.doc

水氧化论文：新型单核及双核钌催化剂催化水氧化研究【中文摘要】利用太阳能直接光解制氢,将氢作为能源载体,替代日益枯竭的石油、煤炭等化石资源可从根本上解决当今世界的能源危机。实现太阳能到氢能转变的一条潜在途径是建立能实现光驱动分解水的光化学电池(photoelectrochemical cell, PEC),其工作原理是将基于光敏剂和催化剂构建的可见光驱动水氧化体系修饰于光阳极,模拟光合作用释氧复合体(Oxygen-evolving Complex, OEC)催化水氧化,再利用水氧化产生的电子和质子在阴极完成还原反应,释放出氢气。由于水氧化反应是一个涉及四个质子和四个电子转移以及O-O键形成的复杂过程,目前已成为制约太阳能光电化学电池发展的瓶颈。突破这一瓶颈的关键在于设计合成高效水氧化催化剂并将其应用于可见光驱动水氧化体系。本论文设计合成了五个以二价金属钌为催化活性中心,2,2-联吡啶-6,6-二甲酸根(bda)为平面配体,对位取代的吡啶为轴向配体的分子水平的单核水氧化催化剂Ru(bda)L2 (L=4-甲基吡啶,Ru1；4,4-联吡啶,Ru2；4-三氟甲基吡啶,Ru3；4-氯吡啶,Ru4；4-叔丁基吡啶,Ru5)。我们分别研究了这五种单核催化剂在pH=1.【英文摘要】In recent years, conversion of solar energy into clean, renewable hydrogen has become a hot research topic due to energy crisis and environmental pollution that are confronted with human beings. With respect to these crucial issues, a potential and promising way is to develop devices that can convert solar energy into storable and clean fuels. Photochemical cells (PCEs) which split water through sunlight into hydrogen and oxygen have exhibited great potentials in this area. Water oxidation, a complicated re.【关键词】水氧化 钌催化剂 光致放氧 配体取代 双核钌配合物【英文关键词】Water oxidation Ruthenium catalyst Light-induced water oxidation ligand substitution dinuclear ruthenium complexes【目录】新型单核及双核钌催化剂催化水氧化研究摘要4-5Abstract5引言8-91 文献综述9-291.1 自然界中的水氧化光驱动的水氧化反应9-121.1.1 光合作用以及光系统PS9-111.1.2 释氧复合体OEC11-121.2 光电化学电池PECs12-141.2.1 光电化学电池的结构12-131.2.2 光电化学电池的工作原理13-141.3 分子水平水氧化机理探讨14-151.3.1 金属钌类催化剂水氧化机理14-151.4 分子水平双核水氧化催化剂15-211.4.1 -氧桥金属钌水氧化催化剂15-181.4.2 不含-O的金属钌水氧化催化剂18-211.5 分子水平单核钌水氧化催化剂21-281.6 本论文的选题背景和依据28-292 新型单核钌催化剂的合成及其催化水氧化性能研究29-442.1 引言292.2 实验部分29-362.2.1 分析测试仪器292.2.2 主要原料29-302.2.3 试剂的纯化302.2.4 目标化合物的合成路线30-332.2.5 配合物Ru(bda)(4-Cl-pic)_2(Ru4)晶体的培养33-342.2.6 电化学性质的测定342.2.7 紫外-可见光谱(UV-Vis)的测定342.2.8 催化水氧化实验及仪器34-362.3 结果与讨论36-422.3.1 配合的制备和表征36-382.3.2 单核钌水氧化催化剂的电化学性质研究38-402.3.3 单核钌水氧化催化剂的紫外-可见吸收光谱40-412.3.4 催化水氧化性质研究41-422.4 本章小结42-443 新型双核钌催化剂的合成及其催化水氧化性能研究44-563.1 引言44-453.2 实验部分45-503.2.1 主要原料和试剂453.2.2 桥联配体以及双核钉水氧