金屬卟啉和金屬咔咯配合物電催化還原氧氣的研究的開題報(bào)告一、選題背景和意義氧氣的還原是一種重要的電化學(xué)過程，也是許多生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)化和呼吸過程的必要反應(yīng)。傳統(tǒng)上，氧氣的還原需要高能量的反應(yīng)條件，而電催化技術(shù)提供了一種更加高效、可控的還原氧氣的方法。金屬卟啉和金屬咔咯配合物作為一種有機(jī)金屬化合物在電化學(xué)催化研究中被廣泛應(yīng)用，并在還原氧氣方面表現(xiàn)出良好的催化性能。因此，對(duì)金屬卟啉和金屬咔咯配合物電催化還原氧氣的研究具有重要的理論和實(shí)際意義。二、研究目的和內(nèi)容本研究的目的是通過合成不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的金屬卟啉和金屬咔咯配合物，探究它們?cè)陔姶呋€原氧氣過程中的催化性能和機(jī)理。具體的研究內(nèi)容包括：1.設(shè)計(jì)合成具有不同結(jié)構(gòu)類型和配位方式的金屬卟啉和金屬咔咯配合物；2.通過紫外可見吸收光譜、NMR譜和元素分析等手段對(duì)所合成的化合物進(jìn)行表征；3.利用循環(huán)伏安法等電化學(xué)技術(shù)考察金屬卟啉和金屬咔咯配合物在還原氧氣過程中的電催化活性和電化學(xué)機(jī)理；4.通過計(jì)算化學(xué)手段研究金屬卟啉和金屬咔咯配合物在還原氧氣過程中的反應(yīng)機(jī)制和分子結(jié)構(gòu)對(duì)催化性能的影響。三、研究意義1.為合成自催化還原氧氣電極、制備二氧化碳減排催化劑提供了新思路和方案。2.為進(jìn)一步探究金屬卟啉和金屬咔咯配合物的電化學(xué)催化性能、反應(yīng)機(jī)理及分子結(jié)構(gòu)與催化活性之間的關(guān)系提供了理論基礎(chǔ)。3.為提高電化學(xué)環(huán)境下氧氣還原的催化效率開拓了新途徑，具有重要的工業(yè)和環(huán)境應(yīng)用前景。四、研究方法和步驟1.合成金屬卟啉和金屬咔咯配合物：選擇合適的金屬離子，分別與卟啉或咔咯等有機(jī)分子反應(yīng)合成成配合物。2.化合物表征：利用紫外可見吸收光譜、NMR譜和元素分析等方法對(duì)合成的化合物進(jìn)行表征。3.電化學(xué)性能測(cè)試：通過循環(huán)伏安法等電化學(xué)技術(shù)研究金屬卟啉和金屬咔咯配合物的電催化還原氧氣能力和電化學(xué)機(jī)理。4.計(jì)算化學(xué)手段：使用分子模擬軟件，計(jì)算金屬卟啉和金屬咔咯配合物在還原氧氣過程中的反應(yīng)機(jī)制和分子結(jié)構(gòu)對(duì)催化性能的影響。五、預(yù)期成果1.成功合成一系列不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的金屬卟啉和金屬咔咯配合物，并對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的表征。2.研究金屬卟啉和金屬咔咯配合物在還原氧氣過程中的電催化活性、反應(yīng)機(jī)理和分子結(jié)構(gòu)對(duì)催化性能的影響。3.為電化學(xué)催化還原氧氣的研究提供新思路和方案。4.相關(guān)成果可申請(qǐng)專利和用于環(huán)境和能源領(lǐng)域等相關(guān)應(yīng)用。六、進(jìn)度安排第一年：合成金屬卟啉和金屬咔咯配合物，并進(jìn)行初步的物化性質(zhì)表征。第二年：通過循環(huán)伏安法等電化學(xué)技術(shù)研究金屬卟啉和金屬咔咯配合物在還原氧氣過程中的電催化活性。第三年：利用計(jì)算化學(xué)手段研究金屬卟啉和金屬咔咯配合物在還原氧氣過程中的反應(yīng)機(jī)制和分子結(jié)構(gòu)對(duì)催化性能的影響，并進(jìn)行相關(guān)成果的整理和撰寫論文。七、參考文獻(xiàn)1.Murphy,V.;Giles,L.J.;Walton,P.H.MetalionsubstitutedvitaminB12saselectrocatalystsforthereductionofdioxygen.Chem.Commun.2011,47,11488-11490.2.Wakabayashi,R.;Fujita,E.;Yamamura,Y.;Yamauchi,O.;Kojima,T.Electro-chemicalreductionofdioxygencatalyzedbyelectrophilicmetalloporphyrins.J.Electrochem.Soc.2012,159,F464-F470.3.Bellingham,R.S.;Parson,S.Theelectrocatalyticreductionofoxygenbymetalloporphyrins.Coord.Chem.Rev.2000,200,247-284.4.Silvester,D.S.;Jaroszynski,J.;Compton,R.G.Electrochemicalandkineticstudiesofthereductionofoxygenatrutheniumtetraarylporphyrinelectrocat