《高效廉價人工鐵氫化酶的光催化產氫》是依託中國科學院理化技術研究所，由吳驪珠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高效廉價人工鐵氫化酶的光催化產氫
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳驪珠
- 依託單位：中國科學院理化技術研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氫是一種清潔高效的燃料。利用太陽能制氫成為人類正在追求的理想方法。自然界中鐵氫化酶活性中心的化學模擬是近年來備受關注的制氫方法之一。本項目擬通過模擬鐵氫化酶活性中心結構和功能，研究模擬酶體系的光催化反應性能；通過化學修飾和分子組裝的方法合成基於鐵氫化酶的分子催化劑，考察光敏劑與鐵氫化酶模型化合物的連線方式對光誘導電子轉移生成鐵氫化酶還原中間體構型的影響，從結構和功能上模擬光合作用中的複雜過程；通過光譜和產物鑑定的方法原位追蹤鐵氫化酶中間體、明晰反應路徑和機理，揭示反應的動力學和動態學，在分子水平上實現人工鐵氫化酶的催化產氫效率與自然界鐵氫化酶相媲美；開展光敏劑和氫化酶模型化合物的固載，實現光電催化質子還原產氫，構建理想的太陽能光催化制氫體系。
結題摘要
最大限度利用太陽光譜、廉價光敏劑和催化劑實現分解水制氫是當前化學和能源科學最活躍的研究領域之一。在本項目的支持下，我們模擬自然界光合系統I和系統II，開展了人工光合體系的構建，通過光譜和產物鑑定的方法原位追蹤催化反應中間體、明晰反應路徑和機理，揭示反應的動力學和動態學，在分子水平上實現了人工模擬酶與自然界氫化酶催化產氫效率相媲美；獲得了高效廉價人工光合成產氫體系的最高效率和穩定性，例如：我們通過化學合成和分子組裝構築了一系列人工模擬氫化酶光催化產氫體系，突破了人工模擬氫化酶效率低、穩定性差的瓶頸，獲得了迄今文獻報導人工模擬氫化酶光催化產氫的最高效率和穩定性；我們首次利用量子點和廉價金屬鹽原位製備了新穎結構和組成的人工光合成催化劑，建立了量子點和廉價金屬鹽原位製備人工光合成催化劑的方法，獲得了高效穩定的人工光合產氫催化劑，不斷突破文獻報導光催化產氫效率和穩定性的“世界紀錄”，最新的研究結果將光催化產氫的轉化數（TON）推進到1600萬，是目前國際上報導的最好結果；進而將人工光合質子還原和水氧化兩個催化劑偶合，開展了高效廉價人工光（電）合成器件的研究，實現了沒有犧牲劑條件下高效穩定的可見光分解水制氫和制氧，氫氣和氧氣的比例為2:1，法拉第效率接近100%。構建理想的太陽能光催化分解水制氫體系。並將國際上光催化分解水制氫的研究推進至新的水平。我們發展了新的人工光合成體系具有原創性和自主智慧財產權，受到國際同行的關注和高度評價：“這是一項利用鐵氫化酶模擬物光催化產氫的突破性實例”、“是創製高效、穩定、廉價光催化劑的新範例”等。在過去的四年時間裡，在國際學術刊物上發表論文27篇，其中包括Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.、Adv. Mater.等，申請專利3項，其中2項已授權，受邀參加國內外會議做大會報告或邀請報告26次。上述研究成果推動了光化學和材料科學在太陽能轉換領域的發展和進步。
