【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物酶仿生化学和新能源材料领域，具体是一种碳纳米管共价功能化2fe2s复合物及其合成与应用。
技术介绍
1、为了应对全球日益增长的能源需求和化石燃料的过度使用所带来的环境问题，寻求一种可代替化石燃料的绿色环保、可再生的新能源已成为科学家们的时代追求。而有“21世纪的终极能源”之称的氢能，是一种公认的清洁能源，因具有重量轻、燃烧发热理想、导热性好、储量丰富、可回收利用等多重特性而受青睐，在石油、天然气、煤等不可再生化石燃料存量有限、消耗日增以及各国加速推进能源向低碳转型，以实现可持续发展的当下，氢能的发展和应用成为一种战略选择。氢能的广泛使用不仅能够解决由于化石燃料的燃烧所带来的环境问题，而且解决了全球发展所带来的化石燃料不可再生的能源危机的问题，加速各国向低碳转型。
2、在寻找高效的合成析氢(her)催化剂的过程中，科学家在自然界发现了一种可以高效催化质子还原为氢气的氢化酶，人们在对其研究的过程中，根据其活性部位存在的金属离子，将氢化酶分为的三种不同的类型：铁铁氢化酶、镍铁氢化酶、单铁氢化酶，其中铁铁氢化酶的催化质子还原氢气的能力尤为突出。因此，科学家对铁铁氢化酶进行了化学模拟，以期制备处一种基于廉价金属且高效制氢的催化剂——铁铁氢化酶模拟物。该类催化剂有望代替以pt等贵金属为代表的析氢催化剂，开拓一条能够低成本、高效制氢的有效途径。
3、直到如今，人们已制备了一系列的新型铁铁氢化酶模拟物，但这些模拟物大多均为结构单一的2fe2s分子配合物，由于其仅溶于有机溶剂且电化学性稳定性差造成其产氢能
技术实现思路
1、本专利技术是针对以上的技术分析，并为解决目前结构单一的2fe2s分子化合物催化制氢能力低下问题以及进一步实现水体系中铁铁氢化酶仿生物的潜在应用前景，而提供了一种碳纳米管共价功能化2fe2s复合物及其合成与应用。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：碳纳米管共价功能化2fe2s复合物，其结构式如下所示：
3、
4、本专利技术进一步提供了所述碳纳米管共价功能化2fe2s复合物的合成方法(分步法)，包括如下步骤：
5、1)在氮气氛围下，将肌氨酸、对羟基苯甲醛和碳纳米管混合，加入有机溶剂，超声使其充分混合均匀；
6、2)在120℃的高温下反应3天，反应期间补充肌氨酸，然后对混合液进行抽滤，用有机溶剂超声分散滤饼，离心清洗，直至上清液无色透明，清洗完的滤渣在真空下干燥处理得到羟基化碳纳米管cnt-oh；
7、3)在氮气氛围下，将之前制备的羟基化碳纳米管cnt-oh、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶和化合物2fe2s-cooh混合，加入有机溶剂，超声使其充分混合均匀，室温下反应3天，然后对混合液进行抽滤，用有机溶剂超声分散滤饼，离心清洗，直至上清液无色透明，在真空下干燥处理得到碳纳米管共价功能化2fe2s复合物。
8、作为本专利技术上述分步法合成技术方案的进一步改进，步骤1)中肌氨酸、对羟基苯甲醛、碳纳米管与有机溶剂的用量比为1mmol：2.8～2.9mmol：40mg：40ml；步骤3)中羟基化碳纳米管cnt-oh、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、化合物2fe2s-cooh与有机溶剂的用量比为20mg：0.1～0.15mmol：0.04～0.06mmol：0.1～0.13mmol：20ml。
9、作为本专利技术上述分步法合成技术方案的进一步改进，步骤2)和3)中进行抽滤时所采用的抽滤膜为亲水性的0.22μm聚四氟乙烯膜；步骤2)中超声分散滤饼所采用的有机溶剂为甲醇或乙醇；步骤3)中超声分散滤饼所采用的有机溶剂为先用n,n-二甲基甲酰胺，再用四氢呋喃或二氯甲烷。
10、作为本专利技术上述分步法合成技术方案的进一步改进，步骤2)中，反应期间每24h补充一次肌氨酸，共补充两次，每次肌氨酸的添加量与步骤1)中肌氨酸的添加量相同。
11、本专利技术还提供了上述碳纳米管共价功能化2fe2s复合物的合成方法(一步法)，包括如下步骤：
12、①在氮气氛围下，将肌氨酸、化合物2fe2s-cho和碳纳米管混合，加入有机溶剂，超声使其充分混合；
13、②在120℃的高温下反应3天，反应期间补充肌氨酸和化合物2fe2s-cho，然后对混合液进行抽滤，滤渣用有机溶剂超声分散，离心清洗，直至滤液无色，在真空下干燥得到碳纳米管共价功能化2fe2s复合物。
14、作为本专利技术上述一步法合成技术方案的进一步改进，步骤①中肌氨酸、化合物2fe2s-cho、碳纳米管和有机溶剂的用量比为1mmol：0.07～0.08mmol：40mg：40ml。
15、作为本专利技术上述一步法合成技术方案的进一步改进，步骤②中，反应期间每24h补充一次肌氨酸和化合物2fe2s-cho，共补充两次，每次肌氨酸和化合物2fe2s-cho的添加量与步骤①中肌氨酸和化合物2fe2s-cho的添加量相同。
16、本专利技术进一步提供了上述碳纳米管共价功能化2fe2s复合物在酸性、中性和碱性水体系中进行电解水制氢中的应用。
17、作为本专利技术应用技术方案的进一步改进，所述碳纳米管共价功能化2fe2s复合物滴涂于玻碳电极上，制成电化学工作电极。
18、本专利技术所述的碳纳米管共价功能化2fe2s复合物及其合成与应用，相对于现有技术具有如下有益效果：
19、(1)本专利技术所制备的一种碳纳米管共价功能化2fe2s复合物2fe2s-f-cnt的结构特征完全不同于现有已公开的2fe2s化合物及其复合物。即：本专利技术所述的2fe2s复合物2fe2s-f-cnt中的碳纳米管与2fe2s化合物以非常稳定的五元环形式共价相连接，其复合结构中所含的金属有机2fe2s骨架和无机碳纳米管结构在结构和功能上分别很好地模拟天然铁铁氢化酶中作为催化活性部位的2fe2s蝶状簇核和作为快速转移电子通道的4fe4s立方烷子簇。故本专利技术从构效关系本质上去实现铁铁氢化酶仿生催化剂高效催化质子还原为氢气的应用。
20、(2)本专利技术所制备的一种碳纳米管共价功能化2fe2s复合物2fe2s-f-cnt既可利用碳纳米管的快速电子转移通道来实现2fe2s复合物中金属催化中心高效快速催化质子还原氢气的能力，又可利本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物，其特征在于，其结构式如下所示：
2.权利要求1所述碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物的合成方法，其特征在于，步骤1）中肌氨酸、对羟基苯甲醛、碳纳米管与有机溶剂的用量比为1mmol：2.8~2.9mmol：40mg：40mL；步骤3）中羟基化碳纳米管CNT-OH、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、化合物2Fe2S-COOH与有机溶剂的用量比为20mg：0.1~0.15mmol：0.04~0.06mmol：0.1~0.13mmol：20mL。
4.根据权利要求2所述的碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物的合成方法，其特征在于，步骤2）和3）中进行抽滤时所采用的抽滤膜为亲水性的0.22μm聚四氟乙烯膜；步骤2）中超声分散滤饼所采用的有机溶剂为甲醇或乙醇；步骤3）中超声分散滤饼所采用的有机溶剂为先用N,N-二甲基甲酰胺，再用四氢呋喃或二氯甲烷。
5.根据权利要求2所述的碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物的
6.权利要求1所述碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物的合成方法，其特征在于，步骤①中肌氨酸、化合物2Fe2S-CHO、碳纳米管和有机溶剂的用量比为1mmol：0.07~0.08mmol：40mg：40mL。
8.根据权利要求6所述的碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物的合成方法，其特征在于，步骤②中，反应期间每24h补充一次肌氨酸和化合物2Fe2S-CHO，共补充两次，每次肌氨酸和化合物2Fe2S-CHO的添加量与步骤①中肌氨酸和化合物2Fe2S-CHO的添加量相同。
9.权利要求1所述碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物在酸性、中性和碱性水体系中进行电解水制氢中的应用。
10.如权利要求9所述应用，其特征在于，所述碳纳米管共价功能化2Fe2S复合物滴涂于玻碳电极上，制成电化学工作电极。
...【技术特征摘要】
1.碳纳米管共价功能化2fe2s复合物，其特征在于，其结构式如下所示：
2.权利要求1所述碳纳米管共价功能化2fe2s复合物的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的碳纳米管共价功能化2fe2s复合物的合成方法，其特征在于，步骤1）中肌氨酸、对羟基苯甲醛、碳纳米管与有机溶剂的用量比为1mmol：2.8~2.9mmol：40mg：40ml；步骤3）中羟基化碳纳米管cnt-oh、二环己基碳二亚胺、4-二甲氨基吡啶、化合物2fe2s-cooh与有机溶剂的用量比为20mg：0.1~0.15mmol：0.04~0.06mmol：0.1~0.13mmol：20ml。
4.根据权利要求2所述的碳纳米管共价功能化2fe2s复合物的合成方法，其特征在于，步骤2）和3）中进行抽滤时所采用的抽滤膜为亲水性的0.22μm聚四氟乙烯膜；步骤2）中超声分散滤饼所采用的有机溶剂为甲醇或乙醇；步骤3）中超声分散滤饼所采用的有机溶剂为先用n,n-二甲基甲酰胺，再用四氢呋喃或二氯甲烷。
5.根据权利要求2所述的碳纳米管共价功能化2fe2s复...
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