新型仿生光照制氢模型物的合成及催化性能研究

In view of the low efficiency and rigorous conditions in the photo-induced hydrogen production experiments catalyzed by synthetic Fe-Fe hydrogenase models, as well as the short of study in photocatalytic hydrogen generation by artificial enzyme, we intend to design and synthesize two Ni-Fe hydrogenase models (I, II) and one Fe-Fe hydrogenase model (III). Besides, we will test the photo-induced hydrogen production capabilities of compound I & II in aerobic circumstance. By setting comparison experiments under certain condition, we will study on the photo-induced hydrogen production property influenced by different intra-molecular photo-induced electron transfer path and by different kinds of synthetic hydrogenase models. This research provides not only an improvement for the performance of hydrogenase models, but also useful experimental data for future application.

本项目针对目前人工合成铁-铁氢化酶模型物光照放氢效率较低且实验条件苛刻等弊端，面向模拟氢化酶催化制氢领域的研究空白，拟进行如下研究：一、设计合成含光敏基团的新型镍-铁氢化酶模型物I和II，并在有氧条件下测试其光照放氢性质；二、通过在特定条件下对比模型物I 和II的光照放氢效率，研究不同的分子内电子转移路径对模型物催化制氢效率的影响；三、通过比较模型物I和含光敏基团的新型铁-铁氢化酶模型物III的光照放氢效果，首次对同等条件下不同种类氢化酶模型物的催化制氢性能进行了对比研究。这些工作为氢化酶模型物的结构和性能优化，催化制氢效率的提高，以及未来的实际应用，积累了有意义的研究数据。

我们按照计划成功合成了12个含有1Ni2S2P结构、5个含有2Fe2S1P结构、1个含有3Fe2S1P结构和1个含有2Fe2S结构的氢化酶模型物，以及2个含Co的配位化合物，并分别通过核磁、元素分析、质谱、红外及X射线单晶衍射等手段确定了这21个新化合物的结构，且以其中代表化合物为催化剂建立了光致产氢体系，并测试了其光致放氢效能。此外，我们还成功地将有机光敏剂、氧化石墨烯和新型的氢化酶模型物通过共价键等方式连接在一起，构成了新型的光致产氢催化体系，利用氧化石墨烯在电子传递方面的高效率和其亲水性，取得了较好的在水相中的催化产氢效果。目前我们正在沿着这一方向做进一步的深入研究。.上述成果已有3篇发表在SCI收录的刊物，并有3篇已整理完毕，待发表，且有1项专利正在申请过程中。