[发明专利]三联吡啶铂配合物及在光解水制氢中的应用

说明书

本发明公开了一种三联吡啶铂配合物及在光解水制氢中的应用，本发明的三联吡啶铂配合物的合成路径为：将乙酰吡啶、二甲氨基肉桂醛在浓氨水和氢氧化钾的乙醇水溶液中反应，得到三联吡啶配体dmtpy，随后与cis－[Pt(dmso)₂Cl₂]前体配合物在无水甲醇中回流反应，生成三联吡啶铂配合物[Pt(dmtpy)Cl]Cl。本发明制备的三联吡啶铂配合物具有很强可见光吸收性质，能够同时作为光敏剂和催化剂，在中性pH的甲醇水溶液中能够作为单分子光解水制氢均相催化剂，在紫外—可见光区都获得了较好的催化性能。并且，在DNA的存在下，该三联吡啶铂配合物在近红外区的光吸收显著增强，并能够有效催化近红外下的光解水制氢。

技术领域

本发明涉及光解水制氢技术领域，特别涉及一种三联吡啶铂配合物及在光解水制氢中的应用。

背景技术

由于煤、石油、天然气等化石能源的使用，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。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。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，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。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。

除了非均相光催化剂，过渡金属配合物可以作为均相光催化剂，催化水的还原制氢、水的氧化制氢、二氧化碳还原等一系列与能源和环境密切相关的反应。其中经典的例子有Co³⁺、Ni²⁺、Rh³⁺等配合物。近期研究中，一个三联吡啶铂配合物[Pt(tpy)Cl]⁺能在只需EDTA作为牺牲剂的条件下，同时完成吸收光和还原水制氢气两个功能。随后，进一步发现将光敏基团甲基紫精引入该Pt配合物结构中，或者加入另外一种简单的Pt配合物(如顺铂等)，可以进一步提升其催化效率。该研究组还将光敏性的Ru配合物结构与光催化活性的Pt配合物通过化学键构建了Ru－Pt异双核配合物，成功用作单分子太阳能转化器件。因此，设计基于过渡金属配合物的、具有更广的光吸收、尤其是覆盖太阳光全范围的紫外—可见—近红外区范围的光催化剂，对提高光解水制氢催化剂性能这一关键问题具有重要意义。

发明内容

本发明的第一个发明目的在于：针对当前光解水制氢的研究进展，提供一种具有良好紫外—可见光吸收的三联吡啶铂配合物，以能够同时作为光敏剂和催化剂，进而在紫外—可见光区都能获得较好的催化性能。

本发明采用的技术方案如下：一种三联吡啶铂配合物，由阳离子和阴离子组成，其特征在于，所述阳离子结构是如式I：