帳號:guest(3.145.201.79)          離開系統
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  

詳目顯示

以作者查詢圖書館館藏以作者查詢臺灣博碩士論文系統以作者查詢全國書目
作者(中文):廖芳誼
作者(外文):Liao, Fang-Yi
論文名稱(中文):雙核雙亞硝基鐵錯合物合成及其反應性探討
論文名稱(外文):Dinuclear Dinitrosyl Iron Complexes and its Reactivity
指導教授(中文):廖文峯
指導教授(外文):Liaw, Wen-Feng
口試委員(中文):李建明
魯才德
口試委員(外文):Lee, Chien-Ming
Lu, Tsai-Te
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:化學系
學號:105023506
出版年(民國):107
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:81
中文關鍵詞:雙亞硝基鐵錯合物雙核電催化水裂解
外文關鍵詞:DinuclearDinitrosyl Iron ComplexesElectrocatalytic Water Splitting
相關次數:
  • 推薦推薦:0
  • 點閱點閱:247
  • 評分評分:*****
  • 下載下載:0
  • 收藏收藏:0
本研究以1,1,4,7,10,10-Hexamethyltriethylenetetramine (HMTETA) 為配位基合成出一系列雙核 {Fe(NO)2}10-{Fe(NO)2}10與單核 {Fe(NO)2}9 DNICs,並且探討其反應性與應用性。
[(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 為雙核{Fe(NO)2}10-{Fe(NO)2}10 DNIC,將其氧化後可以得到具有pendant amine group之單核{Fe(NO)2}9 DNICs:[(HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (3) 與[(HMTETA)Fe(NO)2][SbF6] (4)。[(HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (3) 之pendant amine group可以進一步質子化,形成 [(H-HMTETA)Fe(NO)2][BF4]2 (6),帶有ammonium salt之{Fe(NO)2}9 DNIC。
在反應性方面,將complex 1與HBF4反應,推測會形成intermediate [(HMTETA)(u-H)(Fe(NO)2)2] ,接著與H+ 反應放出H2(g),形成complex 3。而將complex 1與O2(g) 反應,則會生成產物 [(HMTETA)Fe(NO)2]+ 與[(HMTETA)Fe(NO)(ONO)]+。
此外,本研究也將complex 3進行電化學實驗,發現在還原端與氧化端均具有電催化裂解水之效果。將complex 3以長時間電解所形成的固態電極,效果更是優於未沉積之complex 3,在產氫方面,complex 3-Re-electrode僅需-0.834 V(vs SHE)即可達到10 mA/cm2電流密度 ; 在產氧方面,complex 3-Ox-electode僅需過電位398 mV即可達到10 mA/cm2電流密度。 
In this study, a series of dinuclear {Fe(NO)2}10-{Fe(NO)2}10 and mononuclear {Fe(NO)2}9 dinitrosyl iron complexes using 1,1,4,7,10,10-hexamethyltriethylenetetramine (HMTETA) as ligand were synthesized, and their reactivities were explored.
Oxidation of the dinuclear {Fe(NO)2}10-{Fe(NO)2}10 [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) afforded the nonclassical five-coordinate {Fe(NO)2}9 [(HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (3) and [(HMTETA)Fe(NO)2][SbF6] (4). The pendant amine group of complex 3 could be protonated to form ammonium salt, which made complex 3 convert into [(H-HMTETA)Fe(NO)2][BF4]2 (6).
Reaction of complex 1 with O2(g) led to the oxidation of the dinuclear {Fe(NO)2}10-{Fe(NO)2}10 to dinuclear {Fe(NO)2}9-{Fe(NO)2}9 intermediate, [(HMTETA)(NO)2Fe(u-1,2-peroxo)Fe(NO)2], which could further convert into [(HMTETA)Fe(NO)2]+ and [(HMTETA)Fe(NO)(ONO)]+.
Furthermore, complex 3 was selected as a catalyst in electrocatalytic water splitting. The onset potential of water reduction and oxidation could be efficiently decreased by adding complex 3 in aqueous solution. Besides, after controlled potential electrolysis, complex 3 was able to deposit on the electrode to form active HER and OER working electrodes, which are more efficient than complex 3.
第一章 緒論 1
1-1. 雙亞硝基鐵錯合物 (Dinitrosyl Iron Complexes,DNICs) 1
1-2. DNICs 與氧氣反應 5
1-3. 金屬錯合物催化NO自身氧化還原 (Metal Complex-Mediated NO Disproportionation) 8
1-4. 電催化水裂解 (Electrocatalytic Water Splitting) 14
1-4-1. 產氫反應 (Hydrogen Evolution Reaction,HER) 15
1-4-2. 產氧反應 (Oxygen Evolution Reaction,OER) 20
1-5. 研究動機與方向 24
第二章 實驗部分 25
2-1. 一般實驗 25
2-2. 儀器 25
2-2-1. 紅外線光譜儀 (Infrared spectrometer,IR) 25
2-2-2. 紫外光-可見光吸收光譜儀 (UV-Visible absorption spectrometer) 25
2-2-3. 電子順磁共振光譜儀 (Electron paramagnetic resonance, EPR) 25
2-2-4. 循環伏安儀 (Cyclic Voltammetry, CV) 25
2-2-5. X-ray單晶繞射儀 26
2-2-6. 氣相層析儀 (Gas Chromatography, GC) 26
2-3. 藥品與溶劑 26
2-3-1. 藥品 26
2-3-2. 溶劑 27
2-4. 化合物的合成與鑑定 28
2-4-1. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 的合成 28
2-4-2. 化合物Me2N(CH2)2NMe(CH2)3NMe(CH2)2NMe2 的合成 28
2-4-3. Complex [(Me2N(CH2)2NMe(CH2)3NMe(CH2)2NMe2)(Fe(NO)2)2](2)的合成 29
2-4-4. Complex [(HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (3) 的合成 31
2-4-5. Complex [(HMTETA)Fe(NO)2][SbF6] (4) 的合成 31
2-4-6. Complex [(HMTETA)Fe(NO)(ONO)][SbF6] (5) 的合成 32
2-4-7. Complex [(BF4)(H-HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (6) 的合成 32
2-5. 化合物之反應 33
2-5-1. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 與PhSH之反應 33
2-5-2. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 與HBF4之反應 33
2-5-3. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 與O2(g) 之反應 34
2-5-4. Complex [(HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (3) 與O2(g) 之反應 35
2-6. 電化學方法 35
2-6-1. 水相 35
2-6-2. 有機相 36
2-7. 晶體結構解析 36
第三章 結果與討論 42
3-1. 錯合物之合成、結構與光譜分析 42
3-1-1. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 與 [(Me2N(CH2)2NMe(CH2)3NMe(CH2)2NMe2)(Fe(NO)2)2] (2) 的合成、結構與光譜分析 42
3-1-2. Complex [(HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (3) 與 [(HMTETA)Fe(NO)2][SbF6] (4) 的合成、結構與光譜分析 45
3-1-3. Complex [(HMTETA)Fe(NO)(ONO)][SbF6] (5) 的合成、結構與光譜分析 48
3-1-4. Complex [(BF4)(H-HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (6) 的合成、結構與光譜分析 51
3-2. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 之反應性 57
3-2-1. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 與PhSH之反應與光譜分析 57
3-2-2. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 與HBF4之反應與光譜分析 58
3-2-3. Complex [(HMTETA)(Fe(NO)2)2] (1) 與O2(g) 之反應與光譜分析 61
3-2-4. Complex [(HMTETA)Fe(NO)2][BF4] (3) 與O2(g) 之反應性與光譜分析 65
3-3. Complex 3於電解之應用 66
3-3-1. Complex 3之電化學研究及分析 66
3-3-2. Complex 3於還原端電解之應用 (Reduction end) 67
3-3-3. Complex 3於氧化端電解之應用 (Oxidation end) 71
第四章 結論 76
Reference 78
1. Murad, F., Angew. Chem. Int. Ed. 1999, 38, 1856-1868
2. Butler, A. R.; Megson, I. L., Chem. Rev. 2002, 102, 1155-1165
3. Ueno, T.; Suzuki, Y.; Fujii, S.; Vanin, A. F.; Yoshimura, T., Biochem. Pharmacol. 2002, 63, 485-493
4. McDonald, C.C.; Phillips, W. D.; Mower, H. F., J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 3319–3326
5. Cesareo, E.; Parker, L. J.; Pedersen, J. Z.; Nuccetelli, M.; Mazzetti, A. P.; Pastore, A.; Federici, G.; Caccuri, A. M.; Ricci, G.; Adams, J. J.; Parker, M. W.; Lo Bello, M., J. Biol. Chem. 2005, 280, 42172-42180.
6. Gwost, D.; Caulton, K. G., Inorg. Chem. 1973, 12, 2095-2099
7. Tsai, M. L.; Tsou, C. C.; Liaw, W. F., Acc. Chem. Res. 2015, 48, 1184-1193
8. Tran, C. T.; Skodje, K. M.; Kim, E. Prog. Inorg. Chem. 2014, 59, 339-379
9. Tran, N. G.; Kalyvas, H.; Skodje, K. M.; Hayashi, T.; Moenne-Loccoz, P.; Callan, P. E.; Shearer, J.; Kirschenbaum, L. J.; Kim, E., J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 1184-1187.
10. Banerjee, A. B.; Sen, S.; Paul, A., Chem. Eur. J, 2018, 24, 3330-3339
11. Skodje, K. M.; Williard, P. G.; Kim, E., Dalton. Trans. 2012, 41, 7849-7851
12. Tonzetich, Z. J.; Do, L. H., Lippard, S. J., J. Am. Chem. Soc, 2009, 131, 7964-7965
13. Fitzpatrick, J.; Kalyvas, H.; Shearer, J.; Kim, E., Chem. Commun., 2013, 49, 5550-5552
14. Lee, D.-H.; Mondal, B.; Karlin, K. D. NO and N2O Binding and Reduction. In Activation of Small Molecules:  Organometallic and Bioinorganic Perspectives; Tolman, W. B., Ed.; Wiley-VCH:  New York, 2006; pp 43−79
15. Wasser, I. M.; Vries, S. D.; Mbenne-Loccoz, P.; Schroder, I.; Karlin, K. D., Chem. Rev. 2002, 102, 1201-1234
16. Shiro, Y.; Sugimoto, H.; Tosha, T.; Nagano, S.; Hino, T., Phil. Trans. R. Soc. B 2012, 367, 1195-1203
17. Moenne-Loccoz, P., Nat. Prod. Rep. 2007, 24, 610-620
18. Blomberg, M. R. A.; Siegbahn, P. E. M., Biochem. 2012, 51, 5173-5186
19. Zheng, S. Z.; Berto, T. C.; Dahl, E. W.; Hoffman, M. B.; Speelman, A. L.; Lehnert, N., J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4902-4905
20. Ford, P. C.; Lorkovic, I. M., Chem. Rev. 2002, 102, 993-1017
21. Franz, K. J.; Lippard, S. J.; J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 10504-10512
22. Franz, K. J.; Lippard, S. J.; J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9034-9040
23. Confer, A. M.; McQuilken, A. C.; Matsumura, H.; Moenne-Loccoz, P.; Goldberg, D. P., J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 10621-10624
24. Wijeratne, G. B.; Hematian, S.; Siegler, M. A.; Karlin, K. D., J. Am. Chen. Soc 2017, 139, 13276-13279
25. Roger, I.; Shipman, M. A.; Symes, M. D., Nat. Rev. 2018, 1, 1-13
26. Sapountzi, F. M.; Gracia, J. M.; Weststrate, C. J.; Fredriksson, H. O. A.; Niemantsverdriet, J. W., Prog. Energy Combust. Sci. 2017, 58, 1-35
27. Tahir, M.; Pan, L.; Idrees, F.; Zhang, X.; Wamg, L.; Zou, J. J.; Wang, Z. L, Nano Energy 2017, 37, 136-157
28. Kim, D. H.; Kim, M. S., Bioresour. Technol. 2011, 102, 8423-8431
29. Tard, C.; Pickett, C. J., Chem. Rev. 2009, 109, 2245-2274
30. Thoi, V. S.; Sun, Y.; Long, J. R.; Chanh, C., Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2388-2400
31. Karunadasa, H. I.; Chang, C. J.; Long, J. R., Nature 2010, 464, 1329-1333
32. Chen, L.; Wang, M.; Han, K.; Zhang, P.; Gloaguen, F.; Sun, L., Energy Environ. Sci. 2014, 7, 329-334
33. Fang, T.; Fu, L. Z.; Zhou, L. L.; Zhan, S. Z.; Chen, S., Electrochim. Acta. 2015, 178, 368-373
34. Zou, X.; Huang, X.; Goswami, A.; Silva, R.; Sathe, B. R.; Mikmekova, E.; Asefa, T., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2014, 53, 4372-4376.
35. Tian, J.; Liu, Q.; Asiri, A. M.; Sun, X., J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 7587-7590
36. Zhang, J.; Wang, T.; Liu, P.; Liao, Z.; Liu, S.; Zhuang, X.; Chen, M.; Zschech, E.; Feng, X., Nat Commun 2017, 8, 15437
37. Ling, T.; Yan, D. Y.; Wang, H.; Jiao, Y.; Hu, Z.; Zheng, Y.; Zheng, L.; Mao, J.; Liu, H.; Du, X. W.; Jaroniec, M.; Qiao, S. Z., Nat. Commun. 2017, 8, 1509
38. Laursen, A. B.; Patraju, K. R.; Whitaker, M. J.; Retuerto, M.; Sarkar, T.; Yao, N.; Ramanujachary, K. V.; Greenblatt, M.; Dismukes, G. C., Energy Environ. Sci. 2015, 8, 1027-1034.
39. Gong, M.; Zhou, W.; Tsai, M. C.; Zhou, J.; Guan, M.; Lin, M. C.; Zhang, B.; Hu, Y.; Wang, D. Y.; Yang, J.; Pennycook, S. J.; Hwang, B. J.; Dai, H., Nat. Commun. 2014, 5, 4695.
40. Wu, H. B.; Xia, B. Y.; Yu, L.; Yu, X. Y.; Lou, X. W., Nat. Commun. 2015, 6, 6512.
41. Jin, Y.; Wang, H.; Li, J.; Yue, X.; Han, Y.; Shen, P. K.; Cui, Y., Adv Mater 2016, 28, 3785-3790.
42. Chiou, T. W.; Lu, T. T.; Wu, Y. H.; Yu, Y. J.; Chu, L. K.; Liaw, W. F., Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 14824-14829
43. Umena, Y.; Kawakami, K.; Shen, J. R.; Kamiya, N., Nature 2011, 473, 55-60
44. Zhang, M.; Zhang, M. T.; Hou, C.; Ke, Z. F.; Lu, T. B., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2014, 53, 13042-13048.
45. Okamura, M.; Kondo, M.; Kuga, R.; Kurashige, Y.; Yanai, T.; Hayami, S.; Praneeth, V. K.; Yoshida, M.; Yoneda, K.; Kawata, S.; Masaoka, S., Nature 2016, 530, 465-468.
46. Gong, L.; Chng, X. Y. E.; Du, Y.; Xi, S.; Yeo, B. S., ACS Catalysis 2017, 8, 807-814.
47. Li, Y.; Zhao, C., ACS Catalysis 2017, 7, 2535-2541.
48. Li, D.; Baydoun, H.; Verani, C. N.; Brock, S. L., J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4006-4009.
49. Kumar, K.; Canaff, C.; Rousseau, J.; Arrii-Clacens, S.; Napporn, T. W.; Habrioux, A.; Kokoh, K. B., J. Phys. Chem. C. 2016, 120, 7949-7958.
50. Zhang, B.; Zheng, X.; Voznyy1, O.; Comin, R.; Bajdich, M.; García-Melchor, M.; Han, L.; Xu, J.; Liu, M.; Zheng, L.; Pelayo García de Arquer, F.; Dinh, C. T.; Fan, F.; Yuan, M.; Yassitepe, E.; Chen, N.; Regier, T.; Liu, P.; Li, Y.; Luna,P. D.; Janmohamed, A.; Xin, H. L.; Yang, H.; Vojvodic, A.; Sargent, E. H., Science, 2016, 352, 333-337
51. Zhong, H.-x.; Li, K.; Zhang, Q.; Wang, J.; Meng, F.-l.; Wu, Z.-j.; Yan, J.-m.; Zhang, X.-b., NPG Asia Mater. 2016, 8, 308-308.
52. Chauhan, M.; Reddy, K. P.; Gopinath, C. S.; Deka, S., ACS Catal. 2017, 7, 5871-5879.
53. Song, B.; Li, K.; Yin, Y.; Wu, T.; Dang, L.; Cabán-Acevedo, M.; Han, J.; Gao, T.; Wang, X.; Zhang, Z.; Schmidt, J. R.; Xu, P.; Jin, S., ACS Catal. 2017, 7, 8549-8557.
54. Li, W. L.; Chiou, T. W.; Chen, C. H.; Yu, Y. J.; Chu, L. K.; Liaw, W. F., Dalton Trans. 2018, 47, 7128-7134
55. Bernhardt, P. V., J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 771-774.
(此全文未開放授權)
電子全文
中英文摘要
 
 
 
 
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
* *