钌配合物作为半导体敏化染料在光催化制氢中的性能和电子转移研究

光催化制氢是能源和环境科学前沿研究领域的重大热点课题，而染料敏化光催化制氢体系是实现充分利用太阳光的可见光部分制氢的有效途径之一。其制氢效率的改善可从提高电子的注入效率和抑制电子回传率两个方面来实现。目前染料研究大多集中在如何提高电子的注入效率，即拓宽敏化染料的光吸收范围，加强敏化染料在半导体表面的吸附（多为化学键）；而对如何降低电子回传率的研究相对较少。事实上，电子回传率的高低也是影响敏化染料半导体光催化效率的重要因素之一。针对这一现状，本项目在已有工作的基础上，拟设计合成一系列金属钌配合物，并考察其在光催化制氢中的应用，总结出端配体中给电子基团的性质、敏化中心与TiO2的结合方式，以及单、双核及超分子体系的组装方式对电子回传率的影响；并从中寻找高吸光收效率、低电子回传率的高效钌配合物染料，通过理论计算考察配合物结构与性能的关系规律，为进一步设计更好的光敏化染料提供实验依据。

光催化制氢是能源和环境科学前沿研究领域的重大热点课题，而染料敏化光催化制氢体系是实现充分利用太阳光的可见光部分制氢的有效途径之一。其制氢效率的改善可从提高电子的注入效率和抑制电子回传率两个方面来实现。目前染料研究大多集中在如何提高电子的注入效率，即拓宽敏化染料的光吸收范围，加强敏化染料在半导体表面的吸附（多为化学键）；而对如何降低电子回传率的研究相对较少。事实上，电子回传率的高低也是影响敏化染料半导体光催化效率的重要因素之一。本项目针对这一现状，设计合成了一系列端配体和桥配体，并与吡啶钌反应生成各类单核和双核配合物，考察了其在光催化制氢中的应用，研究发现：当钌配合物类染料分子与TiO2分子通过弱相互作用结合时，其产氢效率优于N719/P25，究其原因，我们发现，这种分子间的弱相互作用从某种程度上降低了电子从TiO2导带重新回到染料分子的几率，即有效降低了电子回退率，从而提高了电子从染料分子传输到TiO2导带的几率，证实了基金申请所提出的“降低电子的回退率，以提高电子的传输率”的想法。