连双咪唑配体过渡金属配合物的设计合成及其在分解水制备氢气和氧气中的应用探索

Meeting global energy demand in a safe, clean and sustainable fashion will be the most significant issue in science and technology that people must face to and address for in the 21st century. Energy supply will involve national security, environmental safety and every aspect of people’s daily life. This research is aiming to develop a series of bi-imidazo dative transition-metal catalysts, which can split water to H2 and O2 under the light shining conditions. We plan to synthesis a number of 4,4’-biimidazo and 2,2’-biimidazo ligands, as well as their transition-metal complexes. Those transition-metal could be Ruthenium, Rhodium, Iridium, Cobalt and Iron etc. We will also explore the ability of oxidative addition of those complexes towards O-H bond in H2O molecule, and the reductive elimination to release H2O2 afterwards. Ultimately, we are expected to achieve this splitting process in a catalytic manner.

安全、清洁以及可持续的能源供应无疑是21世纪人类必须面对的重大科学问题和技术挑战。能源供应牵涉到国家安全，环境安全以及经济发展和人民生活的各个方面。本研究项目拟发展连双咪唑配体过渡金属配合物作为催化剂，利用光能催化分解水得到氢气和氧气，从而在新能源开发方面做一些有益的探索。项目计划设计和合成一系列4,4'-连双咪唑和2,2'-连双咪唑过渡金属配合物。可能的过渡金属为钌，铑，铱，钴和铁等等。同时考察这些配合物在光照以及加热条件下对水分子中的O-H键的氧化加成能力，以及后续的还原消除得到H2O2的反应性。最终，我们期望能够催化地实现整个分解水制备氢气和氧气的过程。

随着化石能源的日益枯竭，能源与资源问题已经成为国家关注的热点问题。通过水的活化产氢是解决能源问题的理想途径之一。在本项目中，我们合成了一系列钌系配合物，如RuH(CO)(PPh3)2(Hbim)，并探索了其对水的活化反应。同时，我们又设计了一种新型的Pincer配体，并开展了相关合成探索工作。除了探索对水进行活化以外，我们还探索了对其他能源资源属性小分子，如二氧化碳的活化和利用。二氧化碳是一种无毒、可再生、来源丰富的碳一资源。我们实现了重氮化合物重氮基碳氢键对二氧化碳及二硫化碳的亲核加成反应。课题组在有机电化学方面也开展了以绿色化学和资源节约为导向的科学研究。使用电能作为驱动力，实现了电化学桑德迈尔反应及Kolbe氧化用于构建内酯和含磷杂环。.在该项目的支持下，相关研究工作已经正式发表研究论文6篇，其中包括Chemical Science 1篇，Green Chemistry 1篇，Organic Letters 1篇，The Journal of Organic Chemistry 2篇。在ChemSusChem上系统综述了以二氧化碳为羧基源的有机分子碳氢键羧化反应综述文章。另外，受邀在Accounts of Chemical Research上系统总结桑德迈尔反应近年中的新发展。.本项目负责人和研究生积极参与了国内学术交流活动。本项目培养博士研究生4人，其中1人获得国家奖学金。研究成果在本课题组主页上http://www2.coe.pku.edu.cn/faculty/mofanyang/index.html 进行了介绍；多次得到X-Mol 等学术网站的推送。