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煤、石油、天然气等化石燃料是目前世界上最主要的能源来源,但是,随之而来也造成了严重的环境污染,如出现的大面积雾霾、全球气候变暖等。为了解决环境污染问题并同时满足人类的需求,寻找一种清洁能源势在必行。氢气作为清洁能源,燃烧热值高,因而,成为人类未来的理想能源。那么如何大规模的制氢是目前亟待解决的问题。电解水是大规模制氢的有效途径之一。在过去很长的一段时间里,人们主要研究以钌和铱为代表的贵金属分子催化剂。通过围绕其催化活性、稳定性及反应的机理等方面进行了研究,且取得了很好的成绩。运用各种表征测试手段,推导出了合适的机理,为更好的设计分子催化剂打下了基础。但是,由于其价格昂贵、储量低等缺陷,大规模使用成本高昂,因此,人们把研究的目标转向了过渡态的廉价金属催化剂,通过调控有机配体的骨架来改变金属配合物的结构,提高催化剂的催化活性和稳定性。本文设计合成了平面结构的2,9-二吡啶-1,10-菲罗啉(dpp)配体,与Cu(C1O4)2·6H20反应得水溶性的多吡啶铜配合物Cu(dpp)(ClO4)2(1),该配合物可在中性的磷酸缓冲溶液中电催化产氢,有相对较低的过电势520 mV vsNHE。以玻碳电极为工作电极,在外电压为-1.4 V vs NHE恒电压电解2小时,产生氢气的催化效率TON值可达734 mol H2(mol catalyst)-1 cm-2,法拉第效率为95%。通过循环伏安法、紫外可见吸收光谱法、扫描电镜实验、能谱实验及丁达尔效应实验共同证明了配合物1非常稳定,具备分子催化剂的催化特性。由于其相对较低的过电势和高的稳定性,进一步的,我们对其进行了光驱动催化产氢的尝试,TON值可达6 molH2(mol catalyst)-1,这也是首个以铜为催化剂实现均相的光驱动产氢的例子。利用太阳能实现水的裂解制氢是目前研究的热点,也是最理想的手段。然而水分解分为两个步骤,水氧化和质子还原。水氧化需要四个质子和四个电子,是水分解的瓶颈,因此研究水氧化也是重要研究课题。组装光驱动水氧器件是实现水氧化的各个组分有效排列,提高电子转移的效率的有效方法和手段。本文将光敏剂[Ru(bpy)2(H2dcbpy)](PF6)2(bpy = 2,2’-联吡啶;H2dcbpy = 2,2’-联吡啶-4,4’-二羧酸)和铜分子催化剂[Cu(F3TPA)(C104)2][F3TPA=三(6-氟吡啶-2-甲基)胺]组装在TiO2/FTO电极上构成光电化学池的工作电极。研究结果表明,以可见光为辐射光源,外电压为0 V vs Ag/AgCl,光电极在pH为8.5的硼酸缓冲溶液中光催化水氧化的光电流密度值可达20μA/cm2,低的过电势值为113 mV vs NHE,即使持续光照300秒仍可保持较好的催化活性,具有一定的稳定。