可见光响应的多核钨簇基分子催化体系的构筑及其光降解有机污染物研究

Environmental pollution and energy shortage are two major problems and challenges which need to be solved by human society. The development and utilization of new and effective visible-light driven photocatalyst which can absorb and utilize the major part of solar energy is an important problem for the control of environmental pollution and the development of continuable energy. In order to use the clear and high-effective solar energy to deal with the environmental problem and overcome the shortage of traditional POMs which only active under UV-light, we are intend to design and synthesis the visible-light driven polytungstate compounds, achieved by adjusting the nuclear degrees and the functional groups of the polytungstate clusters, which will move the light absorption area to visible region and achieve the reversible multi-electron transfer reaction under visible light. This project will explore the characteristics of the polytungstate clusters in the field of photocatalysis, and focus on the study of their applications on the photodegradation of organic pollutants. During the construction of polytungstate based visible light catalysis system, the impact of the nuclear degrees and the type of functional groups of the polytungste clusters on the catalytic efficiency will be discussed in order to point out environmentally friendly visible-light driven catalyst for photodegradation of organic pollutants and efficient solar energy conversion materials.

环境污染和能源短缺是人类社会面临的两个重大问题和挑战，开发利用新型、高效的可见光催化剂是解决环境污染问题和开发可持续能源的重要途径之一。为克服传统多酸化合物仅在紫外光区有催化活性的缺点，充分利用清洁高效的太阳能处理环境污染问题。本项目拟使用具有可见光活性的过渡金属离子，光敏特性有机分子等功能性基团对高配位活性的缺位多酸片段进行功能化，从而将多钨酸盐的光吸收区域红移至可见光区，实现多钨酸盐化合物在可见光区的快速可逆多电子氧化还原转移，得到可见光响应的多核钨簇类分子催化剂。探索其在光催化领域的特性，着重进行可见光催化降解有机污染物的研究，构筑多钨酸盐基可见光分子催化体系，分析催化剂分子中多钨酸盐簇的核度、功能性基团的种类对产物光催化活性的影响，从中筛选出环境友好的有机污染物光降解催化剂，开发出有效的光能转换材料。

在多金属氧簇的发展历程中，人们对多金属氧簇的设计、合成及其功能特性开展了广泛的研究。多金属氧簇由于其结构多样，高负电荷，可以接受与释放多个电子而保持结构的不变，使其在催化，磁性，医药等领域具有重要的潜在应用前景。尤其是，多金属氧簇可以快速地分布接受与释放多个电子而保持结构的不变，使其在光催化领域具有重大的潜在应用前景。将功能性金属中心，比如过渡金属离子，稀土金属离子等引入到的多金属氧簇中将为其提供更多有效的功能活性中心。本项目研究主要集中在利用过渡金属、稀土金属离子及金属有机基团修饰与功能化多金属氧簇获得光催化活性的多金属氧簇化合物。.本项目选择缺位型多钨酸盐片段或高核多酸簇与过渡金属离子、稀土金属离子及金属有机基团等反应，通过对反应条件调控设计、组装构筑含有不同核度，不同构型以及不同金属种类的多钨酸盐簇合物，实现对多钨酸盐簇的功能化或协同作用。获得了在紫外光、可见光、甚至于红外光条件下具有光催化活性的多金属氧簇化合物。进一步利用多金属氧酸盐作为客体分子或建筑单元获得了功能性有机-无机杂化材料，对有机污染物光催化降解、吸附去除等方面展现出较好的效果，在石油脱硫，硝酸盐与亚硝酸盐催化降解方面展现出较好的性能。另外，我们以多矾酸盐为建筑单元构筑功能性材料方面也开展了初步研究工作，获得了一系列过渡金属基多钒酸盐化合物。在本项目的资助下，培养硕士研究生4名，发表SCI 论文7篇，其中JCR 二区以上论文6篇，授权发明专利2项。