[发明专利]环金属铱光敏剂、合成及其在光催化还原水出氢的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种铱光敏剂、合成及其在光催化还原水出氢的应用，属于化工能源领域。

背景技术

化石能源的消耗不仅造成能源危机，同时也严重的破坏着我们日益生存的环境。寻找清洁的，可再生的新能源来替代化石能源成为当前研究的热点。氢气，作为环保，清洁能源的二次能源载体，日益受到人们的关注。但目前为止，制备氢气的最主要方法，仍旧是通过将水电解分解成氢气，这种方法的最大缺陷在于将会消耗大量的电能，而且所消耗的电能大于所得到的氢能，得不偿失。而寻找节能的方式将水分解成氢气和氧气就成为研究的热点。

1972年，日本科学家Fujishima在Nature上发表一篇利用TiO₂半导体，在紫外光的作用下，将纯水分解成氢气和氧气，开创了光催化分解水的崭新领域。此后，光催化分解水领域有了长足的发展，衍生出两个领域：均相光催化分解水和非均相光催化分解水。非均相光催化分解水出氢领域目前在我国集中利用半导体材料，但半导体材料对于可见光的吸收能力差，同时其催化速率缓慢的特征。而均相光催化体系不仅具有制氢转化效率高，而且通过配体的修饰可以极大的改变光敏剂的性能而受到广泛科研工作者的关注。例如美国Stefan Bernhard课题组在J. Am. Chem. Soc., Inorg. Chem., Chem. Eur. J., Chem. Commun 等国际著名期刊上发表以 [Ir(C^N)₂(N^N)]⁺公式为基础的阳离子铱光敏剂。其公式中C^N配体可以有如下类型，N^N配体可以有如下所示：，

2009年，Stefan Bernhard课题组在Inorg. Chem上首次发表以C^N^N为基础的铱光敏剂,其结构如下，这种光敏剂具有高的稳定性，但同时其具有活性并不高的缺点。

但截至目前为止，对于铱光敏剂的开发集中在单核铱光敏剂，而双核铱光敏的开发尚未见文献报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环金属铱光敏剂，是一种可以快速将水制备还原成氢气的光敏剂。

本发明的另一目的是提供所述铱光敏剂的合成方法，同时利用核磁，质谱对物质进行结构表征。

本发明的另一目的是提供利用上述铱光敏剂在不同条件下实现可见光催化还原水制备氢气。

一种环金属铱光敏剂，所述铱光敏剂，结构如下：

P1  （双核）                          P2（单核）

上述铱光敏剂的化学式为 Ir(tfmppy)(BiBzIm)Ir(tfmppy) (P1)， Ir(tfmppy)₂(BiBzImH)  (P2 )，其中tfmppy为4-三氟甲基苯吡啶，BiBzIm为双苯并咪唑。

一种铱光敏剂的合成，包括以下步骤：

第一步、将氯桥二聚体[Ir(tfmppy)(μ-Cl)]₂和双苯并咪唑置于甲醇和二氯甲烷的混合溶剂中，加入Na₂CO₃，回流反应；

第二步、反应结束后冷却、旋干溶剂后过柱得到目标产物，过柱展开剂比例为乙酸乙酯：正己烷=1：1到纯乙酸乙酯。

第一步中所述的氯桥二聚体和双苯并咪唑的摩尔比为1:2.2。

第一步中所述的甲醇和二氯甲烷的体积比为1:1。

第一步中所述的Na₂CO₃与氯桥二聚体的摩尔比为1:10。

第一步中所述的反应时间大于20h。

一种根据上述合成方法制备出的铱光敏剂应用在可见光催化还原水出氢气中，将铱光敏剂、电子牺牲剂三乙醇胺和催化剂Co(bpy)₃²⁺、K₂PtCl₄、CoCl₂或Rh(dtbpy)₃³⁺以及LiCl溶解在水溶液中，用浓盐酸将pH值调节到8，在可见光的照射下光催化还原水制备氢气。

本发明的有益效果是：

1.通过本发明中公开的合成方法可以同时获得单核和双核铱光敏剂，且其后处理简单，通过简单的过柱方法便可以得到纯净的产物。

2.与传统的单核铱光敏剂光催化还原水制备氢气相比，本发明的单核铱光敏剂，仍旧具备良好的光催化还原水出氢性能。