[发明专利]一种类吡啶吡咯钌配合物及其制备方法和作为电催化氨氧化催化剂的应用

说明书

本发明公开了一种类吡啶吡咯钌配合物及其制备方法和作为电催化氨氧化催化剂的应用。类吡啶吡咯钌配合物以高活性金属钌为中心金属离子，并以具有较高的给电子能力的类吡啶吡咯化合物作为配体，从而赋予了整个类吡啶吡咯钌配合物较高的氨氧化催化活性，将其用于氨的电催化氧化，可以实现氨的高转化率，并获得氢、氮及肼等为主的产物，具有较高选择性。

技术领域

本发明涉及一种催化材料，具体涉及一种类吡啶吡咯钌配合物催化材料，还涉及其合成方法和作为电催化氨氧化催化剂的应用，属于催化技术领域。

背景技术

氢气(H₂)是公认的化石燃料最理想替代品之一，然而，氢气体积能量密度极低、极易燃易爆、储运成本高、安全性差等不利因素限制了氢能的大规模直接使用，因此，储氢技术和储氢材料的发展势在必行。在众多储氢材料中，液态小分子作为氢能载体备受关注。相对于甲醇、甲酸、水等小分子，氨分子(NH₃)作为氢能源载体优势明显，但其开发利用一直进展缓慢，主要受制于氨氧化半反应。小分子金属配合物作为均相催化剂为氨分子在温和条件下催化氧化提供了解决方案。

与传统化石燃料将化学能存储于C-C，C-H键中不同，面向氢能源的小分子NH₃将化学能存储于O-H和N-H键中(Dunn P L,Cool B J,Johnson S I,et al.Oxidation ofAmmonia with Molecular Complexes[J].Journal of the American Chemical Society,2020,142(42):17845-17858.)。利用其中的氢能，需NH₃全分解制备氢气，该分解反应包括NH₃氧化半反应和质子还原半反应。很明显，氧化半反应是制约NH₃全分解制氢的瓶颈，因为该半反应不仅是一个吸热反应，而且反应过程涉及6e^-/6H⁺转移、不稳定高价态M-NHx(x＝0,1or 2)生成、和N-N键的形成，是一个复杂体系反应。

联氨(NH₂NH₂)作为生产生活中另一个最重要的化学物质，被广泛的应用于有机合成和新能源中。同时，联氨作为氨氧化过程中的重要中间产物已经被广泛的证实。然而在氨氧化过程中直接将NH₃转化为NH₂NH₂是非常困难的，这主要是因为在氧化的过程中NH₂NH₂中N-N键比NH₃中的N-H更容易被氧化从而生成N₂。考虑到将NH₃为原料直接生产H₂和NH₂NH₂是一种非常经济有效的方法用以解决目前的能源和环境问题。那么在氨氧化过程中要同时具备脱氢和N-N偶联的均相催化剂是有可能会实现这一过程的。而开发一种同时具有较强脱氢能力并且具有较低过电位的均相催化剂成为了目前研究的热点。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明的第一个目的是在于提供一种对电催化氨氧化具有较高活性的类吡啶吡咯金属钌配合物。

本发明的第二个目的是在于提供一种操作和步骤简单、低成本的制备类吡啶吡咯金属钌配合物的方法。

本发明的第三个目的是在于提供了一种类吡啶吡咯钌配合物作为电催化氨氧化催化剂应用，类吡啶吡咯钌配合物对氨的电催化氧化具有较高的活性，能将氨高效转化成氮气和氢气及肼。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种类吡啶吡咯钌配合物，其具有式1～式5结构中任意一种：