研究目的
开发并研究一种用于可见光驱动水分解制氢的分子镍催化剂,重点在于理解催化机制及第二配位球效应的作用。
研究成果
含醚臂的镍配合物作为可见光驱动析氢反应的高效均相催化剂,实现了高转化数。机理研究表明存在配体中心还原中间体,并强调了第二配位层效应对质子传递的重要性。该工作为开发人工光合作用改进型催化剂提供了见解。
研究不足
催化剂会随时间失活,可能是由于二聚化或脱金属作用。其最佳活性需要特定的pH范围(约10),并使用牺牲电子供体(三乙胺),但这种方式不可持续。该体系为均相反应,可能不易放大生产。密度泛函理论计算基于近似处理,可能无法完全反映所有实验细节。
1:实验设计与方法选择:
本研究涉及合成含醚臂的镍水杨醛亚胺配合物,采用多种光谱技术进行表征,并测试其在可见光照射下的产氢光催化活性。理论DFT计算用于支持机理研究。
2:样品选择与数据来源:
催化剂由市售试剂合成。光催化实验使用催化剂溶液、光敏剂(IrIII(ppy)2(dtbbpy))和三乙胺(牺牲电子给体)在甲醇-水混合溶剂中进行。
3:实验设备与材料清单:
关键仪器包括核磁共振波谱仪(布鲁克AVANCE 400 MHz、AV-300)、紫外-可见分光光度计(岛津UV-3600)、元素分析仪(Elementar vario MICRO cube)、质谱仪(Q-TOF Premier LC HR)、电化学工作站(Biologic SP-300)、气相色谱仪(安捷伦7890A)、瞬态吸收光谱仪(爱丁堡LP920)、EPR波谱仪(JEOL FA200、布鲁克ELEXSYS)及计算软件(Gaussian 09)。材料包括醋酸镍、2,3-二羟基苯甲醛、2-甲氧基乙氧基醚、2,3-二氨基-5-氯吡啶、溶剂(甲醇、乙腈、四氢呋喃)及Sigma-Aldrich、Alfa-Aesar、TCI的化学品。
4:0)、紫外-可见分光光度计(岛津UV-3600)、元素分析仪(Elementar vario MICRO cube)、质谱仪(Q-TOF Premier LC HR)、电化学工作站(Biologic SP-300)、气相色谱仪(安捷伦7890A)、瞬态吸收光谱仪(爱丁堡LP920)、EPR波谱仪(JEOL FA布鲁克ELEXSYS)及计算软件(Gaussian 09)。材料包括醋酸镍、2,3-二羟基苯甲醛、2-甲氧基乙氧基醚、2,3-二氨基-5-氯吡啶、溶剂(甲醇、乙腈、四氢呋喃)及Sigma-Aldrich、Alfa-Aesar、TCI的化学品。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:催化剂通过两步法合成并表征,用于产氢光催化实验。反应在氩气?;は碌腟chlenk管中进行,采用300 W氙灯(λ > 420 nm)照射。氢气产量通过气相色谱定量。通过瞬态吸收、EPR、紫外-可见光谱研究中间体和动力学过程。DFT计算优化几何结构并绘制反应路径。
5:数据分析方法:
采用Origin进行动力学拟合、Gaussian处理DFT数据,光谱数据采用标准分析技术。转换数基于每摩尔催化剂产生的氢气摩尔数计算。
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