光活性水氧化人工酶分子器件的設計、組裝和性能研究

《光活性水氧化人工酶分子器件的設計、組裝和性能研究》是依託大連理工大學,由高岩擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：光活性水氧化人工酶分子器件的設計、組裝和性能研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：高岩

項目摘要

本項目基於自然界光合體系II中釋氧活性中心的主要結構和其催化水氧化放氧過程中電子和質子轉移的過程，設計併合成具有光學活性的高效均相水氧化催化劑，研究其在光碟機動作用下的催化水氧化性能及可能機理。結合已有的工作基礎，致力於通過超分子組裝，構建由納米半導體材料與光活性人工酶分子組成的非均相光活性水氧化體系，製作分子器件；研究人工酶分子與納米半導體材料的表面相互作用及其組成結構，通過譜學、電化學、通過飛秒雷射、時間分辨紅外、拉曼、螢光光譜，時間分辨電子順磁共振等技術手段研究體系中超快能量轉移和電荷轉移過程，以此為依據進行光催化材料的表面修飾，提高電子在人工酶與半導體材料之間的傳輸效率；同時利用氧電極、氣相色譜、小分子質譜等手段檢測其光碟機動催化水氧化性能，並推測可能的機理，為進一步構建有效的光解水連續放氫反應提供實驗依據。

結題摘要

本項目通過超分子組裝，共吸附等方式成功構建由納米半導體材料、光敏劑、人工酶分子組成的光解水分子器件，構建光解水光電化學池。利用電化學、光電化學、氧電極、氣相色譜、小分子質譜等手段，研究了體系的光碟機動催化水分解性能，通過最佳化得到了分子器件的最佳光解水測試條件。同時，研究了催化劑分子結構對分子器件光解水性能的影響，在已有的高活性催化水氧化分子催化劑中引入柔性鏈和磷酸強吸附基團，柔性鏈的引入增加催化劑分子在納米二氧化鈦表面的空間自由度，從而有效調節帶有磷酸吸附基團的光敏劑三聯吡啶釕與水氧化催化劑之間的距離，使之更有利於催化劑到光敏劑的電子傳遞，而磷酸強吸附基團的套用增加了催化劑分子與二氧化鈦的結合能力，這兩方面的改變有效地提高了分子器件的光解水性能。另外，為了促進分子內的相互作用，在同一個分子內引入兩個活性點，設計合成了雙核催化劑。通過引入矽醚小分子對工作電極表面進行修飾，提高了分子器件的光解水性能以及電子在人工酶與半導體材料之間的傳輸效率，為進一步構建有效的光解水連續放氫反應提供實驗依據。