《多齒含氮金屬有機配合物電催化制氫研究》是依託華南理工大學，由葉建山擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：多齒含氮金屬有機配合物電催化制氫研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：葉建山
- 依託單位：華南理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氫氣能量密度高，且燃燒產物只有水，可挑起解決能源和環境問題的重擔。由於其利用非碳能源-水，循環制氫成為眾多科學家關注的焦點。而水的分解勢必需要催化劑，如何獲得廉價而又穩定的催化劑，既能實現水中氧的氧化又實現氫的還原，進而得到氫氣和氧氣？研究該催化劑快捷、有效的方法是通過電化學技術探討其電催化性能，並依據過電勢以及電催化制氫效率進而實現其在其它裝置中的套用。因此，本項目擬合成多齒含氮金屬有機配合物（如，Cu3(L1')3，L1'=1-[(2-羧甲基)苯]-3-[苯並噻唑]三氮烯陰離子）並表征其分子結構，研究其光電化學性質，探討其電催化制氫的性能和機理，尋找相關影響因素，提出最佳化催化劑分子結構的方案，降低氫還原過電勢，提高催化劑催化制氫的效率和穩定性。本項目對多氮金屬有機配合物在水中電催化制氫技術的發展有重要學術意義和經濟價值。
結題摘要
水是地球上最豐富的資源，通過電解水將能量以化學鍵的形式儲存在氫氣和氧氣中是解決能源儲存問題的一種理想而有效的途徑。然而水分解過電勢高，直接電解效率低。自然界中綠色植物體內的酶能夠高效催化水分解，但這類酶在非生物環境中會失去活性。因此，模擬酶的活性結構設計合成過渡金屬配合物用於電催化水的裂解具有重要意義。 1. 為了解決目前大多數均相催化劑普遍存在的水溶性差、催化過電勢高、效率低等問題，課題從過渡金屬配合物的配體修飾、中心金屬選擇以及配合物空間位阻三個角度出發，研究了四個系列共九種過渡金屬配合物電催化水分解的活性及規律： ①探究了三個具有相同配體的過渡金屬配合物Co(bpbH2)Cl2 1、Ni(bpbH2)Cl2 2 和Cu(bpbH2)Cl2 3電催化水的裂解的活性。在相同過電勢下，電催化水的還原的效率順序為 1＞2＞3。 ②探究了三個胺基二苯酚配合物FeCl[tBu,OMeBPDA] 4、FeCl[Cl,ClBPDA] 5和CuCl[Cl,ClBPDA] 6 電催化水的裂解的活性。結果表明，配體相同時，銅配合物的活性高於鐵的。 ③在配合物4、5和6的基礎上，設計合成了胺基單苯酚配合物CuCl[tBu,OMePDA] 7和CuCl[tBu,OMePDA] 8，降低了中心金屬的空間位阻。7、8同時具有電催化水氧化和水還原的活性。 ④綜合考慮水溶性及中心金屬空間位阻的因素，設計合成了Cyclen配合物[FeCyclen(Cl)2]Cl 9。該配合物在強鹼性溶液中具有良好的電催化水氧化的活性。 2．另一方面，課題研究以有機金屬配合物前驅體為反應物，合成高效異相催化劑。 ①通過一步電沉積法，在基底上合成形貌可控、組成不同的席夫鹼金屬配合物。研究了電沉積過程的反應機理和成核過程，探索了不同結構沉積物電解水的活性。該方法可以有效、簡便地合成電解水催化劑，拓寬了席夫鹼金屬配合物作為異相催化劑的套用。 ②通過簡單熱解方法合成的鈀-碳納米管同時具備優異的析氫和氧還原反應催化活性。研究表明鈀納米顆粒為碳納米管表面提供了高效的活性位點，增加了其表面缺陷，增大了其電化學活性面積，從而提高了其電催化性能。通過控制產物中鈀的含量可以有效調節其電催化性能。該方法為一步合成低貴金屬含量的雙功能高效催化劑提供了借鑑的思路。
