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光解水制氢一直以来都是一个热点和难点。光诱导电子转移反应是光解水制氢中最基本的反应,寻找有效的光诱导电子转移体系对于提高太阳能转换的效率具有重要意义。本论文主要从四组分的“D(电子给体)/光敏剂(S)/电子中继体(R)/催化剂(C)”体系中敏化剂的选择和光敏剂(S)与电子中继体(R)的结合出发,通过对已有的配合物进行对比研究,同时设计、合成了系列电子受体与发色团共价相连的Pt(Ⅱ)和Cu(Ⅰ)配合物;系统地研究了它们的光诱导电子转移和光解水制氢,取得了一些有意义的研究结果:
1.首次将以环金属三齿多吡啶HC^N^N化合物为主配体的中性配合物[ClPt{C^N^N(PhCH3)}]为敏化剂应用于光解水制氢体系,证明了其不论是在稳态的光诱导电子转移速率还是光解水产氢效率比较,均要强于三联吡啶N^N^N为主配体的[ClPt{N^N^N(PhCH3)}]ClO4体系。这为以后利用HC^N^N为主配体的金属配合物电荷分离态和光解水制氢方面的研究打下了基础。
2.稳态光谱显示甲基紫精与配合物发色团共价相连的二元体系Pt(Ⅱ)配合物[ClPt(C^N^N-MV2+)](ClO4)2与[Ph3PPt(C^N^N-MV2+)](ClO4)3能够发生分子内光诱导电子转移。与模型化合物[ClPt(C^N^N-CH3)]制氢的对比实验证明MV+将电子传递到胶体铂的这一过程才是光解水制氢的“决速步骤”。另外对比实验也证明有电子中继体存在的条件下对于敏化剂的稳定性具有促进作用。
3.首次将4,4-联吡啶基团引入Pt(Ⅱ)配合物,设计、合成了以4,4-联吡啶与配合物发色团共价相连的两个二元体系Pt(Ⅱ)配合物[ClPt{C^N^N(PhN-N)}](ClO4)与[ClPt{N^N^N(PhN-N)}](ClO4)2,发现由于4,4-联吡啶基团上裸露的N原子的存在,二者的制氢体系对pH具有很强的敏感性,这些体系只能在中性条件下有明显的氢气产生。
4.合成并利用X-ray单晶衍射确定了多种吡啶双齿膦配体的一价铜配合物结构,发现这些铜配合物对于空气具有较强的稳定性。初步研究了稳态光谱对Cu(Ⅰ)配合物的光诱导电子反应的检测与光解水制氢方面的应用并得到了一些有意义的启示。