非贵金属配合物光催化剂在水解制氢反应中的性能研究

摘要

光解水催化制氢反应是在光照条件下，经过一系列反应，使水分解产生氢气。该法是一种清洁、环保、可循环利用的制氢方法。
　　本论文在参考相关文献的基础上，分别选用了2-巯基吡啶、2,2-联吡啶和1,10-菲啰啉为配体，钴、锰、铁为中心离子，设计合成了Co(bpy)(pyS)2(M1)、Co(phen)(pyS)2(M2)、Mn(bpy)(pyS)2(M3)、Mn(phen)(pyS)2(M4)、Fe(bpy)(pyS)2(M5)和Fe(phen)(pyS)2(M6)六种非贵金属配合物催化剂。通过元素分析、1H-NMR和ESI-MS对其结构进行表征，考察了反应工艺条件对六种催化剂光催化水解制氢性能的影响，探讨了光催化水解制氢体系失活的原因及其反应机理。
　　本论文中光催化反应体系由催化剂、电子供体及光敏剂组成。考察了反应工艺条件（催化剂及其浓度、电子供体及其浓度、光敏剂及其浓度、反应体系pH值、溶剂及其浓度）对催化体系性能的影响，并对其进行优化，确定最佳的制氢条件。由实验结果可知，在相同的反应工艺条件下，催化剂的催化性能M1>M2>M6>M5>M3>M4。最佳反应工艺条件为：催化剂为M1，其浓度为0.02 mM；电子供体为三乙胺，其体积含量为5％；光敏剂为荧光素，其浓度为2.0 mM；反应体系中的pH值为11.6；溶剂为乙醇/水，其体积比为1:1。在最佳反应工艺条件下，随着反应时间的增加，催化剂的催化性能呈现先升高后降低的趋势。当反应时间为第25 h时，催化剂M1的产氢量达到最大值261.1μmol。
　　在研究过程中发现，光催化体系失活的主要原因是由于非贵金属配合物催化剂的分解造成的。另外，在光照条件下，体系中催化剂的存在有助于光敏剂荧光素的稳定性，使其寿命更长。在此基础上，探讨了催化剂M1与M2在光催化产氢体系中的反应机理。研究发现，电子从单线态荧光素转移到配合物M1与M2的过程在热力学上是可行的，荧光素单重激发态的氧化淬灭是电子转移的主导途径。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 半导体光催化剂

1.2 金属配合物光催化剂

1.3 选题依据

1.4 本论文主要研究内容

第二章 非贵金属配合物光催化剂的合成及研究方法

2.1 试剂和仪器

2.2 催化剂的合成

2.3研究方法

第三章 钴配合物催化剂M1和M2光催化水解制氢性能研究

3.1 M1和M2光催化水解制氢性能研究

3.2 本章小结

第四章 锰配合物催化剂M3和M4光催化水解制氢性能研究

4.1 M3和M4光催化水解制氢性能研究

4.2 本章小结

第五章 铁配合物催化剂M5和M6光催化水解制氢性能研究

5.1 M5和M6光催化水解制氢性能研究

5.2 本章小结

第六章 光催化水解制氢反应体系失活及机理的研究

6.2光催化水解制氢体系反应机理的研究

6.3 本章小结

本文结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录

致谢