在能源危機日漸加劇的今天，尋找新能源成為人類日漸緊迫的任務(wù)。對于太陽能的利用，人類仍處在一個低效和低利用率的階段。氫氣不失為新能源的一個優(yōu)良選擇，但目前的制取仍是一個大問題。
我從植物中得到啟發(fā)。光解水是植物進(jìn)行光合作用的一個關(guān)鍵步驟。在這個步驟中，葉綠體中的中心色素--兩個互相垂直的共軛原子團能吸收太陽光，在激發(fā)態(tài)從水中奪取電子，生成氧氣和氫離子。電子經(jīng)過傳遞，最終與氫離子和NADP+生成還原性的NADPH。
聯(lián)想到水分子中氧原子為不等性sp3雜化，有兩個未共用電子對暴露在外。且H-O-H平面與2e--O-2e-平面垂直。氫離子的電子偏向氧原子，氧原子的未共用電子對有向外延伸的趨勢并能與另一個缺電子的氫原子形成氫鍵。
如果先將一分子水用氫鍵鎖定在光催化劑分子內(nèi)部，用光催化劑的激發(fā)態(tài)奪取水分子中氧原子的非共用電子(每對中奪取一個)，生成[H2O2+]，進(jìn)而生成O*和2H+，同時把奪取的電子通過共軛體系或光致電子轉(zhuǎn)移(PET)傳給H+，生成H2；2O*==O2并放出能量。這樣，一個催化周期完成了。這與“微電極模型”相似，但這是在一個定型分子內(nèi)完成的，因而可以有較高的能量利用率。
通過這些推測，我認(rèn)為該催化劑分子將有兩個互相垂直(或近乎垂直)的共軛體系。其中一個為親核的，另一個為親電的。兩個體系均可接收光子而被激發(fā)，兩個體系間可以進(jìn)行光致電子轉(zhuǎn)移。一個可能的催化周期的流程如下：
由于H2O的還原電勢為-0.830V，O2的還原電勢為-1.230V，卟吩激發(fā)態(tài)電勢可達(dá)到2V，故我采用卟吩為光敏中心。又因其有2個缺電子的氫原子在中間，故可直接作為親電體系。親核體系應(yīng)不易與氫氣反應(yīng)，且有未共用電子對，故我采用吡啶環(huán)作為它的核心部件。
綜上，我初步設(shè)計的一個方案如下：
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