共价键合双核金属配合物和光敏剂实现二氧化碳还原均相光催化体系有序异相化研究
批准号:
22071182
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
钟地长
依托单位:
学科分类:
配位化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
钟地长
中文摘要
可见光催化二氧化碳(CO2)还原是解决能源危机和缓解全球变暖的理想途径。针对CO2还原分子催化剂在催化过程中遇到的稳定性不高和循环利用不够理想等问题,本项目拟采用共价有机框架材料(COFs)的构建策略,以双核金属配合物分子催化剂和分子光敏剂作为COFs的构筑单元,利用席夫碱醛胺缩合反应将两个构筑单元共价连接,控制合成集催化剂和光敏剂于一体的二维(2D)高结晶性COFs材料,实现光催化CO2还原均相催化体系的异相化;运用X-射线粉末衍射解析和模拟异相化COFs催化剂的晶体结构,并在结构表征的基础上,研究异相化催化剂的光电性质和光催化CO2还原性能,重点研究分子催化剂和光敏基团两者的匹配性对催化活性的影响,分析催化活性与催化剂结构之间的关系,总结异相化催化剂的合成规律;最后结合理论计算,揭示光催化CO2还原的催化机理,为性能优异的光催化CO2还原催化剂的设计提供新的研究思路和参考。
英文摘要
Catalytic carbon dioxide (CO2) reduction driven by visible light is an ideal approach to solve the energy crisis and alleviate global warming. In view of the low stability and unsatisfactory recycling of molecular catalysts in the catalytic CO2 reduction process, we plan to heterogeneity of homogeneous photocatalytic CO2 reduction system by the strategy of covalent organic frameworks (COFs) construction, to obtain two-dimensional high-crystallinity photocatalysts. The binuclear complex molecular catalyst and photosensitizer will be used as the construction units, which will be connected together through the Schiff base aldehyde amine condensation reaction. X-ray powder diffraction is used to analyze and simulate the crystal structure of the obtained COFs photocatalysts. On the basis of structure characterization, the photoelectric properties and photocatalytic CO2 reduction performance of the photocatalysts will be studied. Emphasis will be placed on the influence of the match between the photocatalyst and the photosensitizer on the catalytic activity of the resulted photocatalysts. The relationship between the catalytic activity and the catalyst structure will be analyzed, and the synthesis rule of COFs photocatalyst will be summarized. Finally, the catalytic mechanism of photocatalytic CO2 reduction will be revealed by theoretical calculation. The results will provide a new research direction and reference for the design of high-performance photocatalytic CO2 reduction catalysts.
可见光催化二氧化碳(CO2)还原是解决能源危机和缓解全球变暖的理想途径。针对CO2还原分子催化剂在催化过程中遇到的稳定性不高和循环利用不够理想等问题,本项目提出利用共价策略,将分子催化剂和敏光材料连接起来,制备高效CO2光还原的研究构想。在项目执行过程中,申请人依据研究方案和研究内容,按计划开展了相关研究工作。(1)可控合成了双核金属配合物分子催化剂,利用协同催化作用显著提升了光催化CO2还原活性,从分子水平上揭示了双金属直接和间接协同催化机理;(2)采用了共价、静电或超分子作用,以双核金属配合物分子催化剂和分子光敏剂作为构筑单元,将两个构筑单元连接起来,控制合成了集催化剂和光敏剂于一体的复合催化材料,实现光催化CO2还原均相催化体系的异相化,获得了能同时具有光吸收、光还原和光氧化活性位点的复合催化剂,实现了人工光合作用全反应;运用X-射线粉末衍射、球差电镜、X-射线吸收谱、高分辨透射电镜等对异相双金属催化剂的结构进行了系统表征,并在结构表征的基础上,研究异相化催化剂的光电性质和光催化CO2还原性能,重点研究分子催化剂和光敏基团两者的匹配性对催化活性的影响,分析了催化活性与催化剂结构之间的关系,总结了异相化催化剂的合成规律;最后结合理论计算,揭示了光催化CO2还原的催化机理,为性能优异的光催化CO2还原催化剂的设计提供新的研究思路和参考。相关成果在国内外具有较高影响力的化学或材料类刊物上发表高质量学术论文34篇,其中在专业顶级期刊上发表论文10篇,含2篇PNAS、5篇Angew. Chem. Int. Ed.、2篇CCS Chem.、1篇Chem. Soc. Rev.等;在国内外学术会议上做邀请报告31次;培养博士研究生4名,硕士研究生12名,圆满完成了计划书规定的研究内容和研究目标。
双/多核金属Cu(I/II)配合物的合成及其光催化CO2还原制C2+产物研究
-
批准号:22571228
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:50.00万元
-
批准年份:2025
-
负责人:钟地长
-
依托单位:
基于二维超薄金属-有机框架纳米片人工光合作用催化剂的制备及性能研究
-
批准号:--
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:54万元
-
批准年份:2022
-
负责人:钟地长
-
依托单位:
国内基金
海外基金