[发明专利]一种钌配合物和钼硫团簇染料敏化光催化产氢体系反应液

说明书

本发明公开了一种钌配合物和钼硫团簇染料敏化光催化产氢体系反应液，该体系反应液中，具有可见光吸收的钌配合物为染料敏化剂，钼硫团簇为催化剂，三乙醇胺(TEOA)等易于氧化的物质为电子给体，催化产氢过程主要为：该体系中阳离子型钌配合物与阴离子型催化剂通过静电作用强耦合，促进了敏化剂与催化剂之间的高效电荷转移，实现了较高的光催化产氢效率。本发明所述的光催化产氢体系能够为实现太阳能高效能量转化领域提供理论指导和技术支持。

技术领域

本发明属于太阳能能量转化技术领域。具体涉及一种钌配合物/钼硫团簇染料敏化光催化产氢体系反应液。

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题的加剧，采用光催化技术将太阳能高效转化成可储存、可再生、清洁的氢能成为了国内外研究的一个热点。由可再生资源衍生电力驱动的水电解和基于光化学和光电化学水裂解的直接太阳能氢转化是可持续制氢的理想途径。其中，染料敏化光催化产氢是太阳能转化的有效方式。构建高效染料敏化光催化产氢体系的关键在于各组分间的有效协同。长激发态寿命和高发光量子产率是光敏剂能够有效的将电子转移到催化剂的必要条件。钌配合物由于其氧化还原电位可调与吸收范围可覆盖整个可见光谱等性质，成为了染料敏化光催化体系中较理想的光敏剂，受到了科研工作者的广泛关注。

理想的析氢催化剂应该具有以下两个特点：1.高的阴阳极电流交换密度；2.低的析氢超电势。综合考虑上述两方面因素，铂是理想的析氢催化剂。但由于铂基催化剂价格昂贵、资源稀缺，亟需开发可取代贵金属铂的自然丰度高、价格低廉的非贵金属基催化剂。理论研究表明，MoS₂的边缘位点具有与贵金属铂类似的析氢活性。硫钼金属团簇是具有MoS₂边缘结构特征的最小单元，也具有很高的催化析氢活性。

从各类文献发现，目前已经合成并且修饰了很多光敏染料催化剂来调整半导体的能带机构和增加光生电荷分离以促进可见光条件产氢效率，同时，也发现不同染料在不同的条件下，光致产氢效率具有很大的差别，这主要是由于这些染料在溶剂中的溶解性和吸附半导体的能力是不同的，所以建立恰当和高效的光催化氢体系是非常有必要的。

大量研究表明，将敏化剂通过共价键或非共价键与析氢催化剂合为一体是染料敏化光催化体系中的一大挑战。钌配合物与硫钼金属团簇之间的相互作用能够提高电荷分离效率，从而有效提高整体光催化活性。若将阴离子型硫钼金属团簇与阳离子型吡啶基钌配合物通过静电作用耦合，合为一体，能够提高分子间光生载流子的有效转移和分离速率，从而提高光催化产氢效率，有望构建高效的染料敏化光催化产氢体系。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种染料敏化光催化产氢体系反应液，以实现在可见光条件下提高光催化产氢效率，降低成本

技术方案：本发明的染料敏化光催化产氢体系反应液，包括阳离子型钌配合物、钼硫团簇、三乙醇胺，其中阳离子型钌配合物为染料敏化剂，钼硫团簇为催化剂，三乙醇胺(TEOA)或维生素C或乙醇等易被氧化的物质作为电子给体，促进光催化产氢体系中染料敏化剂与催化剂之间高效电荷转移，实现较高的光催化产氢效率。

所述阳离子型钌配合物具体化学式如下：

其中N^N配体为下列9种配体中的任一个：

阳离子型多吡啶钌配合物易于合成，提纯简单，且易溶于水和常规溶剂，能够在光照下稳定存在，这类配合物能够表现出长的激发态寿命以及高的发光量子产率，可以作为光催化体系中的光敏剂。

所述染料敏化光催化产氢体系反应液制备过程：在实际光催化产氢的体系构建过程中，我们先将阳离子型钌配合物溶于乙腈和水的混合溶剂中，再加入通过化学湿法获取的高纯硫钼团簇晶体，然后加入一定量的三乙醇胺，将上述混合溶液置于超声波清洗机中常温超声，最终形成均相反应液。