含硫吡啶配体的金属配合物的合成及催化析氢性能研究

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随着社会经济的迅速发展,全球能源紧缺和环境污染等问题日益严峻,发展可再生绿色能源是当今社会面临的重要问题。由于氢能具有能量密度高和无污染等特点,有望在未来取代传统的化石燃料。铂等贵金属催化剂具有良好的催化析氢活性,但因存在全球储量低、价格昂贵等问题限制了其大规模应用,因此迫切需要发展高效的非贵金属催化剂。分子催化剂具有高效的催化活性、稳定性和低成本等特点,因此分子催化剂在催化析氢的研究具有潜在优势。本论文主要研究了以下工作:1、设计合成5种配合物:[Ni(mpo)2(PPh3)]1(mpo:2-巯基吡啶-1-氧化钠盐),[(bpte)Fe Cl2]2(bpte:S,S′-双(2-甲基吡啶)-1,2-硫代乙烷),[(bpte)Cu Cl2]3,[(bptb)Co Cl2]4(bptb:S,S′-双(2-甲基吡啶)-1,2-硫代苯)和[(bptb)Co Br2]5,并运用单晶X-射线衍射(SC-XRD)、粉末X-射线衍射(PXRD)、核磁共振(NMR)、红外光谱(IR)、紫外-可见光光谱(UV-vis)和X-射线光电子能谱(XPS)等测试手段对其进行结构表征。2、配合物1-5的催化析氢性能研究(1)镍基配合物1的催化析氢性能由配体2-巯基吡啶-1-氧化钠盐和(PPh32Ni Cl2合成镍基配合物[Ni(mpo)2(PPh3)]1。在以Cd S NRs为光敏剂,抗坏血酸为电子牺牲剂的异相光催化体系中,配合物1光照70 h的催化析氢转化数(TON)为8365 mol H2(mol cat)-1,平均表观量子产率(AQY)为16.05%;在中性水-乙腈(体积比3:2)磷酸缓冲混合液中,当过电位(OP)为837.6m V时,配合物1的转化频率(TOF)为103 mol H2(mol cat)-1h-1,法拉第效率为87%。(2)中心金属对以bpte为配体的配合物催化析氢性能的影响以2-(氯甲基)吡啶盐酸盐和1,2-乙二硫醇为原料合成N2S2型配体S,S′-双(2-甲基吡啶)-1,2-硫代乙烷(bpte),bpte分别与Fe Cl2和Cu Cl2反应生成配合物[(bpte)Fe Cl2]2和[(bpte)Cu Cl2]3。在三组分异相光催化体系中,配合物2光照90 h的TON为10709 mol H2(mol cat)-1,平均AQY为23.21%,而配合物3光照40 h的TON为2519 mol H2(mol cat)-1,平均AQY为8.66%,;在中性磷酸盐缓冲液中,当OP为837.6 m V时,配合物2和3的TOF分别为246.8 mol H2(mol cat)-1h-1和159.4 mol H2(mol cat)-1h-1,法拉第效率分别为92.17%和89.47%。实验结果表明,具有相同N2S2型配体bpte时,铁基配合物的催化析氢活性优于铜基配合物。(3)配体对钴基配合物催化析氢性能的影响以2-(氯甲基)吡啶盐酸盐和1,2-苯二硫醇为原料合成N2S2型配体S,S′-双(2-甲基吡啶)-1,2-硫代苯(bptb),bptb分别与Co Cl2和Co Br2反应生成配合物[(bptb)Co Cl2]4和[(bptb)Co Br2]5。在三组分异相光催化体系中分别光照90 h,配合物4和5的TON分别为23826 mol H2(mol cat)-1和19417 mol H2(mol cat)-1,平均AQY分别为24.10%和23.62%。在中性磷酸盐缓冲液中,当OP为837.6 m V时,配合物4和5的TOF分别为1200.6 mol H2(mol cat)-1h-1和872.4 mol H2(mol cat)-1h-1,法拉第效率分别为96.0%和94.2%。实验结果表明,与溴配位的钴基配合物相比,氯配位的钴基配合物催化析氢活性更高。
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