[发明专利]乙酰丙酮钌配合物及在光解水制氢中的应用

说明书

本发明公开了一种乙酰丙酮钌配合物及在光解水制氢中的应用，所述乙酰丙酮钌配合物由阳离子和阴离子两部分组成，其特征在于：所述阳离子结构式如式I所示，其中，所述R为OCH₃、F或Br。本发明的乙酰丙酮钌配合物可作为紫外—可见—近红外光解水制氢的光敏剂，其合成的乙酰丙酮钌配合物结构稳定，具有良好的、范围广泛的光谱吸收性质，能够在甲醇水溶液中作为光敏剂，与纳米铂催化剂协同作用，分别在紫外光、可见光、近红外区以及紫外—可见—近红外太阳光全波段都获得了较好的光解水催化性能。

技术领域

本发明涉及光解水制氢催化剂和光敏剂技术领域，特别涉及一种乙酰丙酮钌配合物及在光解水制氢中的应用。

背景技术

以煤、石油、天然气等为代表的不可再生的化石能源，是目前全球消耗的最主要能源。但随着人类的不断开采，大部分化石能源将在本世纪开采殆尽。同时，由于化石能源的使用，大量新增温室气体CO₂以及同时产生的烟气污染，正在严重威胁着全球生态。因此，开发更清洁的可再生能源是当前社会面临的迫切问题。

氢是一种清洁能源，其完全燃烧的产物——水，不会给环境带来任何污染。而氢作为燃料的发热值是相同质量汽油的2.7倍。氢主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。更重要的是，其燃烧产物水能够再次被分解为氢气和氧气，重复利用。传统的电解水虽然取得了一定的进展，但是该过程需要耗费大量由化石能源提供的电力，造成了一定的资源消耗和环境污染。太阳能，是一种取之不尽用之不竭、清洁环保的一次能源。每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，是最大的可开发能源。因此，利用太阳能光解水制氢成为具有可再生、节能、环保等多种优势的解决方案。

当前开发的太阳能光解水催化剂主要集中在非均相半导体材料。如催化剂TiO2半导体能够吸收波长＜370nm的紫外光，通过价带—导带的电子跃迁产生“电子—空穴”，使水电离生成氢气和氧气[Chem.Rev.，2014，114，9987–10043]。早期研究中对半导体光催化剂的优化改造，主要集中在缩小催化剂尺寸到纳米颗粒(增加催化剂比表面积)、离子掺杂(提高“电子—空穴”分离效果)、半导体复合(提高光利用率)、贵金属沉积(抑制光致电子和光致空穴的自复合、并降低还原反应的超电压)等，在一定程度上提高了催化活性。近期研究发现，可调控相结构的Ga₂O₃半导体，能极大地增强了水同时裂解为氢气和氧气效率[Angew.Chem.Int.Ed.，2012，51，13089–13092]。

事实上，太阳光的光谱范围内，波长小于400nm的紫外光区仅占4％，而43％为波长400～700nm的可见光，53％为波长大于700nm的红外光。大多数半导体催化材料的吸收集中在紫外区，太阳能利用率有待提升。于是研究者将目光投向了如何提升催化体系的可见光区吸收性能。在近期报道中，研究者用邻苯二酚等烯二醇类有机配体对TiO₂纳米颗粒进行了表面修饰，把TiO₂的光吸收范围扩展到了可见光区，从而提高TiO₂半导体的太阳光吸收利用率[J.Phys.Chem.C，2016，120，23625–23630]。