新型非贵金属光催化制氢材料的制备及其光解水制氢性能的研究

摘要

氢气以其热值高、燃烧唯一产物水清洁无污染的优点被认为是未来的理想能源，将会取代化石燃料成为未来人类社会的主要替代能源之一。将太阳能转变成分子状态的氢气成为近年来学术界的研究热点，而这一转变反应的关键是质子还原催化剂，因此，设计制备廉价高效的均相质子催化剂成为研究光催化制氢的关键，备受科学家的关注。这篇论文中，我们基于非贵金属钴，设计并制备了四种钴配合物，作为三组分光催化产氢反应中的光催化剂，以有机杂葸醌类光敏染料作为光敏剂，三乙胺或三乙醇胺作为电子给体，构建了均相的三组分光催化产氢体系。　　首先，我们以钴配合物C1、C2为催化剂，氧杂葸醌类光敏染料曙红Y作为光敏剂，三乙胺作为电子给体构建了均相光催化产氢体系，成功的实现了可见光光催化分解水制氢，并对构建的产氢体系进行了一系列的产氢条件的优化，均相光催化产氢体系在最佳的产氢条件下，相对于催化剂的TON可以达到249，体系的产氢寿命是2小时，通过一系列对比实现我们找到了体系失活的主要原因。接下来的动力学实验详细分析了光催化产氢反应在不同的产氢条件下的控速步，为将来的反应提供理论指导，并印证了反应的产氢机理。然后，用钴配合物C3、C4作为体系的光催化剂，曙红Y作为光敏剂，三乙醇胺作为电子给体构建均相三组分产氢体系，通过对产氢条件的优化，在最佳条件下，经过两小时光照后，体系相对于催化剂C3、C4的TON分别为1013和1134.在随后对结构相似光敏剂对产氢活性的研究中发现了光敏染料作为光催化剂的必须条件。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 均相光催化产氢体系的研究进展

1．2．1 均相光催化产氢体系的基本类型

1．2．2 均相光催化制氢体系的基本光化学理论

1．2．3 均相光催化产氢体系的性能评价

1．2．4 均相光催化产氢体系的研究进展

1．3 本文的选题背景和意义

第二章 单核钴配合物在均相光催化产氢体系中的应用

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要试剂

2．2．2 主要使用的仪器

2．2．3 光催化产氢实验所用仪器

2．2．4 光催化产氢实验所用的实验方法及实验装置

2．2．5 光催化剂C1、C2的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 均相光催化产氢体系产氢条件的对照实验

2．3．2 反应条件对均相光催化产氢体系产氢性能的影响

2．3．3 催化剂的结构对均相光催化产氢体系产氢性能的影响

2．3．4 均相光催化产氢体系稳定性的研究

2．3．5 均相光催化产氢体系的动力学研究

2．4 本章小结

第三章 新型双核钴配合物在均相光催化产氢体系中的应用

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要使用的仪器

3．2．2 主要试剂

3．2．3 光催化产氢实验所用仪器

3．2．4 光催化产氢实验所用的实验方法及实验装置

3．2．5 光催化剂C3、C4的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 均相光催化产氢体系产氢条件的对照实验

3．3．2 反应条件对均相光催化制氢体系产氢性能的影响

3．3．3 催化剂的结构对均相光催化产氢体系产氢性能的影响

3．3．4 光敏剂的结构对均相光催化产氢体系产氢性能的影响

3．3．5 均相光催化产氢体系稳定性的研究

3．4 本章小结

参考文献

致谢

研究生期间发表的论文