缓冲溶液阴离子对三价铜催化剂催化水氧化过程的影响

来源 :催化学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xieshanxu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
水氧化是光解水制氢气的瓶颈反应,认识和理解水氧化机制并研发廉价稳定的催化剂对解决这一问题尤为重要.自1982年Meyer课题组报道了第一例分子型双核钌水氧化催化剂(blue dimer)以来,过渡金属配合物被广泛应用于探索这一氧化过程的规律和机理,特别是近几年廉价金属配合物在水氧化领域的应用也备受关注.由于水氧化一般在苛刻的氧化条件下才可以实现,如何提高过渡金属配合物在催化条件下的稳定性一直是分子催化剂结构设计的一个难点.利用部分分子催化剂的不稳定性,将其作为前体制备非均相金属氧化物催化剂,广泛用于水氧化研究.然而,对于催化水氧化过程中造成分子催化剂不稳定的因素却鲜有探讨.因此,了解分子催化剂和异相活性物种之间原位转化的机理对于分子催化剂设计至关重要.本文考察了大环配体(TAML)的三价铜配合物(TAML-CuⅢ)的氧化还原性质及其电催化水氧化的反应性能.实验结果表明,TAML-CuⅢ的催化水氧化活性与缓冲溶液种类有关,在磷酸盐溶液与碳酸氢钠溶液中均无催化活性,而在硼酸溶液中表现出较高的催化活性.此外,TAML-CuⅢ具有与本课题组之前报道的TAML-CoⅢ截然不同的电化学行为.TAML-CuⅢ只能发生配体的单电子氧化生成TAML?+-CuⅢ,且该物种无法实现对水分子的活化.进一步实验结果表明,生成的TAML?+-CuⅢ在硼酸根的协助下可以发生进一步氧化和配体的水解,从而生成具有高活性的非均相物种.研究表明该活性物种为含硼的氧化铜物种(B/CuOx).通过本文研究可得出两个结论:(1)具有平面四方构型的三价铜配合物不是一种有效催化水氧化的分子型催化剂;(2)缓冲阴离子在分子催化剂的分解中起到了关键作用.因此,缓冲溶液的选择对催化剂的电化学行为以及稳定性有着重要的影响.“,”Water oxidation is the bottleneck of artificial photosynthesis. Since the first ruthenium-based mo-lecular water oxidation catalyst, the blue dimer, was reported by Meyer's group in 1982, catalysts based on transition metals have been widely employed to explore the mechanism of water oxida-tion. Because the oxidation of water requires harsh oxidative conditions, the stability of transition complexes under the relevant catalytic conditions has always been a challenge. In this work, we report the redox properties of a Cu Ⅲ complex (TAML-Cu Ⅲ) with a redox-active macrocyclic ligand (TAML) and its reactivity toward catalytic water oxidation. TAML-Cu Ⅲ displayed a completely dif-ferent electrochemical behavior from that of the TAML-Co Ⅲ complex previously reported by our group. TAML-Cu Ⅲ can only be oxidized by one-electron oxidation of the ligand to form TAML?+-Cu Ⅲ and cannot achieve water activation through the ligand-centered proton-coupled electron transfer that takes place in the case of TAML-Co Ⅲ. The generated TAML?+-Cu Ⅲ intermediate can undergo further oxidation and ligand hydrolysis with the assistance of borate anions, triggering the for-mation of a heterogeneous B/CuOx nanocatalyst. Therefore, the choice of the buffer solution has a significant influence on the electrochemical behavior and stability of molecular water oxidation catalysts.
其他文献
光电化学分解水可将太阳能转换为绿色的氢能,为目前的能源危机和环境问题提供了一种理想的解决方案.在分解水反应中,涉及四空穴过程的产氧半反应是制约性能的关键步骤,往往需
作为中国传统文化之一,麒麟文化蕴含的许多哲理及现实意义有助于提升民族文化自信,促进社会创新.通过对麒麟文化的研究与分析,能够帮读者更好地理解麒麟文化、重视麒麟文化,
期刊
在世界范围内,英语使用广泛,学好英语不能只学好语言本身,还要掌握英语语言文化.在英语语言文学的学习中,会遇到修辞手法的使用,它是英语语言文学作品的重要组成部分.了解和
期刊
我国历史文化底蕴极为丰厚,在漫漫岁月中,烙下了深刻的印记,其中最为显著的便是唐代铜镜的工艺.在我国历史发展进程中,唐代是文化繁荣的鼎盛时期,这也是我国铜镜发展的鼎盛时
期刊
康德开创了德国古典哲学,而黑格尔则运用传统理性主义对其哲学观点进行了批判,这也是德国哲学史发展中的一个重要转折.康德哲学思想影响和改变着黑格尔哲学,并使黑格尔在对康
期刊
2019年12月30日,北京至张家口的高速铁路(以下简称“京张高铁”)开通运营。作为2022年北京冬奥会的重要交通保障设施,京张高铁让北京和张家口两个赛区的转场时间缩短到了1个小时左右。  正如习近平总书记所指出的那样,1909年,京张铁路建成;2019年,京张高铁通车。从自主设计修建零的突破到世界最先进水平,从时速35千米到350千米,京张线见证了中国铁路的发展,也见证了中国综合国力的飞跃。  
期刊
西藏传统体育种类繁多,内容丰富,包括跑步、跳跃、“古朵”投石赛、射箭、赛马、赛耗牛、朵加(抱举石头)划牛皮船等竞技类体育,倒立、绳技、爬杆、武术、气功等表演类体育,藏
期刊
散文“主意”的“纯一而贯摄”,决定散文各种因素的全方位的“纯一而贯摄”,形成主导意象、主导情感、主导意旨、主要技法同时“四脉贯通”的规律性现象.借助“四脉贯通”,散
期刊
从元朝末期的战乱开始,中原之地就再次陷入到了一个非常动荡的内乱环境中.南征北伐使得中土无暇顾及沿海发展,也缺少和外邦国度的交流往来.到明成祖朱棣掌权阶段,国力日渐恢
期刊
1990年我国颁布了第一部《著作权法》,标志着作者的著作权在我国正式得到法律的保护.在法律颁布的5年之后,1995年国营电影制片厂可以获得拍摄指标,2001年底受中国加入WTO影响
期刊