【摘 要】
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氢能作为一种清洁无污染的能源,具有相对质量最轻、密度最小和燃烧热值高的优点。因此,开发非贵金属基材料用于太阳能驱动的水分解代表一种理想的方法来持续生产绿色氢能。在多相和均相催化剂中,具有明确的组成和结构的分子催化剂有助于理解催化机理的起源以及进一步在分子水平上调控催化性能而引起了广泛关注。因此,探索结构明确且高效的分子光催化剂对太阳能的转化和存储具有重要意义。多金属氧酸盐(简称多酸)作为一类结构明
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氢能作为一种清洁无污染的能源,具有相对质量最轻、密度最小和燃烧热值高的优点。因此,开发非贵金属基材料用于太阳能驱动的水分解代表一种理想的方法来持续生产绿色氢能。在多相和均相催化剂中,具有明确的组成和结构的分子催化剂有助于理解催化机理的起源以及进一步在分子水平上调控催化性能而引起了广泛关注。因此,探索结构明确且高效的分子光催化剂对太阳能的转化和存储具有重要意义。多金属氧酸盐(简称多酸)作为一类结构明确的金属-氧簇,可以进行快速、可逆和逐步的多电子转移反应而不改变其结构。这些优点使多酸可以用作纯无机配体来构建丰富多样的分子催化剂。近年来,许多稳定的多酸基析氢催化剂被报道,如多钨酸盐、杂多铌酸盐、同多铌酸盐、多钽钨酸盐等。遗憾的是,它们的水分解产H2活性通常在紫外光的照射下进行研究,严重限制了太阳能的转化和利用。过渡金属的引入被证明可以有效调控多酸的电子结构以及扩大光谱吸收范围,从而为调控其催化性能,实现在可见光照射下分解水产H2带来很多机会。铜作为一种储量丰富的非贵金属,具有多种氧化状态(Cu0、CuI、CuII和CuIII),这一特性,赋予铜在光催化反应中可能存在多种氧化态。然而,铜基分子光催化剂在光解水制氢反应中的应用还远远未被开发。为促进Cu基分子催化剂在能源转换领域的研究,本论文合成了一例多酸基非贵金属铜簇[Cu5(OH)4(H2O)2(A-α-SiW9O33)2]10–(1)作为可见光驱动的水分解制氢催化剂。作为对比,我们还合成了两例多酸基镍簇[Ni5(OH)6(H2O)3(SiW9O33)2]12?(2),[Ni4(H2O)2(PW9O34)2]10?(3)。在电子牺牲受体三乙醇胺/光敏化剂[Ir(ppy)2(dtbbpy)][PF6]/白光LED灯的反应体系中,化合物1表现出718.9的高转换数(TON),优于化合物2(TON582.7)和化合物3(TON 87.0)的性能,是目前性能最好的多酸基产氢光催化剂之一。多种稳定性实验(动态光散射(DLS)、催化剂陈化实验、红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱、Hg毒化实验、催化剂萃取和电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析)共同表明,化合物1在反应过程中可以保持其结构的完整性。该工作将会吸引越来越多的关注来开发更高效的铜基分子催化剂用于光催化还原反应中。
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