CN105503738A - 合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法 - Google Patents

合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法 Download PDF

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Abstract

合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，它涉及一种合成苯并咪唑的方法。本发明的目的是要解决现有单纯使用光敏剂与催化剂连接形式的水分解器件的催化效率低的问题。方法：一、焦硫酸钠水溶液；二、制备3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液；三、制备中间产物磺酸盐；四、将中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中，再清洗，蒸馏，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸。本发明可获得合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法。

Description

合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法
技术领域
本发明涉及一种合成苯并咪唑的方法。
背景技术
氧化还原电对是通过模拟植物光合作用系统II中媒介Tyr-His190的结构进行合成的，在光合作用系统II中电子并不直接在光敏剂和催化剂之间直接传递，而是通过它们之间的Tyr-His190进行传递，利用一个“质子耦合-电子转移”过程来提高光敏剂与催化剂之间的协同作用。而通过模拟Tyr-His190的结构和功能，合成相似结构的氧化还原电对，将其引入氧化态的光敏剂与催化剂之间，可以很大程度的提高水氧化的效率。目前国内外对氧化还原电对的合成及研究未见报道。
发明内容
本发明的目的是要解决现有单纯使用光敏剂与催化剂连接形式的水分解器件的催化效率低的问题，而提供合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法。
合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法是按以下方法合成的：
一、将焦硫酸钠溶解到去离子水中，得到焦硫酸钠水溶液；
步骤一中所述的焦硫酸钠的质量与去离子水的体积比为(0.6g～0.7g):3mL；
二、将3,5-二叔丁基水杨醛溶解到无水乙醇中，得到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液；
步骤二中所述的3,5-二叔丁基水杨醛的质量与无水乙醇的体积比为(1.3g～1.6g):20mL；
三、将焦硫酸钠水溶液分3次～4次加入到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌反应1h～1.5h，得到反应物A；将反应物A分散到无水乙醇中，再进行过滤，得到白色沉淀物质B；使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次～5次，得到中间产物磺酸盐；
步骤三中所述的焦硫酸钠水溶液与3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液的体积比为20:(3～5)；
步骤三中所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为(1g～2g):20mL；
四、将步骤三得到的中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中，再在温度为105℃～115℃下搅拌反应4h～6h，再冷却至室温，得到反应物C；将反应物C倒入到去离子水中，再进行过滤，得到沉淀物质D；将沉淀物质D溶解到乙酸乙酯中，再减压蒸馏去除乙酸乙酯，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸；
步骤四中所述的中间产物磺酸盐的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(340mg～350mg):3mL；
步骤四中所述的3,4-二氨基苯甲酸的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(145mg～160mg):3mL；
步骤四中所述的反应物C的质量与去离子水的体积比为(200mg～500mg):50mL；
步骤四中所述的沉淀物质D与乙酸乙酯的体积比为(200mg～500mg):20mL。
本发明的优点：
一、本发明利用简单易得的原料，通过两步法合成了仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸，本发明合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸提高了光敏剂和催化剂之间的协同作用，提高了光敏剂与催化剂之间的电子传输效率，进而提高水分解器件的催化效率；
二、本发明合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的产率为66％～70％；
三、将本发明合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸引入到四氧化三钴修饰的光阳极水氧化器件上，可以使得该水氧化器件的光电流密度提高30％，并使得电流衰退现象大大减弱，可以很大程度的提高水分解器件的催化氧化水的效果。
本发明可获得合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法。
附图说明
图1为实施例一合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的红外谱图；
图2为实施例一合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的1H-NMR谱；
图3为阳极的光电流响应I-T曲线图，图3中1为实施例二步骤十得到的含有Co3O4催化剂的染料敏化TiO2光阳极的光电流响应I-T曲线，2为实施例二步骤十二得到的表面负载Co3O4的TiO2阳极的光电流响应I-T曲线。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法是按以下方法合成的：
一、将焦硫酸钠溶解到去离子水中，得到焦硫酸钠水溶液；
步骤一中所述的焦硫酸钠的质量与去离子水的体积比为(0.6g～0.7g):3mL；
二、将3,5-二叔丁基水杨醛溶解到无水乙醇中，得到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液；
步骤二中所述的3,5-二叔丁基水杨醛的质量与无水乙醇的体积比为(1.3g～1.6g):20mL；
三、将焦硫酸钠水溶液分3次～4次加入到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌反应1h～1.5h，得到反应物A；将反应物A分散到无水乙醇中，再进行过滤，得到白色沉淀物质B；使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次～5次，得到中间产物磺酸盐；
步骤三中所述的焦硫酸钠水溶液与3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液的体积比为20:(3～5)；
步骤三中所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为(1g～2g):20mL；
四、将步骤三得到的中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中，再在温度为105℃～115℃下搅拌反应4h～6h，再冷却至室温，得到反应物C；将反应物C倒入到去离子水中，再进行过滤，得到沉淀物质D；将沉淀物质D溶解到乙酸乙酯中，再减压蒸馏去除乙酸乙酯，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸；
步骤四中所述的中间产物磺酸盐的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(340mg～350mg):3mL；
步骤四中所述的3,4-二氨基苯甲酸的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(145mg～160mg):3mL；
步骤四中所述的反应物C的质量与去离子水的体积比为(200mg～500mg):50mL；
步骤四中所述的沉淀物质D与乙酸乙酯的体积比为(200mg～500mg):20mL。
本实施方式的优点：
一、本实施方式利用简单易得的原料，通过两步法合成了仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸，本实施方式合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸提高了光敏剂和催化剂之间的协同作用，提高了光敏剂与催化剂之间的电子传输效率，进而提高水分解器件的催化效率；
二、本实施方式合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的产率为66％～70％；
三、将本实施方式合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸引入到四氧化三钴修饰的光阳极水氧化器件上，可以使得该水氧化器件的光电流密度提高30％，并使得电流衰退现象大大减弱，可以很大程度的提高水分解器件的催化氧化水的效果。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一中所述的焦硫酸钠的质量与去离子水的体积比为0.64g:3mL。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述的3,5-二叔丁基水杨醛的质量与无水乙醇的体积比为1.4g:20mL。其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤三中所述的焦硫酸钠水溶液与3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液的体积比为20:3。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤三中所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为1.5g:20mL。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中所述的中间产物磺酸盐的质量与二甲基甲酰胺的体积比为347mg:3mL。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤四中所述的3,4-二氨基苯甲酸的质量与二甲基甲酰胺的体积比为152mg:3mL。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤三中将焦硫酸钠水溶液分3次加入到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中，再在搅拌速度为400r/min下搅拌反应1h，得到反应物A；将反应物A分散到无水乙醇中，再进行过滤，得到白色沉淀物质B；使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次，得到中间产物磺酸盐。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤四中将步骤三得到的中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中，再在温度为110℃下搅拌反应4h，再冷却至室温，得到反应物C；将反应物C倒入到去离子水中，再进行过滤，得到沉淀物质D；将沉淀物质D溶解到乙酸乙酯中，再减压蒸馏去除乙酸乙酯，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸。其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四中所述的反应物C的质量与去离子水的体积比为423mg:50mL。其他步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法是按以下方法合成的：
一、将焦硫酸钠溶解到去离子水中，得到焦硫酸钠水溶液；
步骤一中所述的焦硫酸钠的质量与去离子水的体积比为0.64g:3mL；
二、将3,5-二叔丁基水杨醛溶解到无水乙醇中，得到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液；
步骤二中所述的3,5-二叔丁基水杨醛的质量与无水乙醇的体积比为1.4g:20mL；
三、将焦硫酸钠水溶液分3次加入到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中，再在搅拌速度为400r/min下搅拌反应1h，得到反应物A；将反应物A分散到无水乙醇中，再进行过滤，得到白色沉淀物质B；使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次，得到中间产物磺酸盐；
步骤三中所述的焦硫酸钠水溶液与3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液的体积比为20:3；
步骤三中所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为1.5g:20mL；
四、将步骤三得到的中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中，再在温度为110℃下搅拌反应4h，再冷却至室温，得到反应物C；将反应物C倒入到去离子水中，再进行过滤，得到沉淀物质D；将沉淀物质D溶解到乙酸乙酯中，再减压蒸馏去除乙酸乙酯，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸；
步骤四中所述的中间产物磺酸盐的质量与二甲基甲酰胺的体积比为347mg:3mL；
步骤四中所述的3,4-二氨基苯甲酸的质量与二甲基甲酰胺的体积比为152mg:3mL；
步骤四中所述的反应物C的质量与去离子水的体积比为423mg:50mL；
步骤四中所述的沉淀物质D与乙酸乙酯的体积比为357mg:20mL。
实施例一步骤三中的化学反应式为：
实施例一步骤四中的化学反应式为：
实施例一合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的分子结构式为
图1为实施例一合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的红外谱图；
图1中在3300cm-1、1600cm-1处峰可知实施例一合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸结构中含有-COOH基团，1500cm-1～1600cm-1处峰表明该化合物结构中存在苯环结构；3300cm-1、900cm-1处峰表明化合物结构中含有-OH基团；3000cm-1处的多重峰带为叔丁基的-CH3与苯环上的C-H伸缩振动重叠产生。
图2为实施例一合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的1H-NMR谱。
从图2可知，实施例一合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的1H-NMR(400M，CDCl3，δ)：11.59(1H,s)；9.8(1H,s)；8.65(1H,d)；7.98(1H,d)；7.52(1H,d)；7.40(1H,d)；7.27(1,d)；1.36(9H,s)；1.26(12H,s)；其中化学位移在11.59处的单峰归属于羧基上的H，化学位移在9.8处的单峰归属于酚羟基上的H，化学位移在8.65，7.98，7.52，7.40，7.27处的五组双峰归属于苯环上的五种H，化学位移在1.36和1.26处的两组单峰归属于叔丁基上的H。与图1的红外谱图相互验证，证明实施例一合成的的产物即为2-(3,5-二叔丁基-2羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸。
本发明合成的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸提高了光敏剂和催化剂之间的协同作用，提高了光敏剂与催化剂之间的电子传输效率的验证试验见实施例二。
实施例二：TiO2阳极表面负载Co3O4的方法是按以下步骤完成的：
一、制备TiO2浆料：将TiO2粉体、松油醇和乙基纤维素加入到无水乙醇中，再在搅拌速度为400r/min下搅拌2天，再在室温下陈化2天，得到TiO2浆料；
步骤一中所述的TiO2粉体与松油醇的质量比为1:4.6；
步骤一中所述的TiO2粉体与乙基纤维素的质量比为1:0.26；
步骤一中所述的TiO2粉体与无水乙醇的质量比为1:0.9；
二、制备阳极：
将FTO导电玻璃进行切割，得到尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃；依次使用丙酮、乙醇和去离子水分别对尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃超声清洗20min，再将尺寸为1.5cm×2.5cm的FTO导电玻璃浸泡到无水乙醇中20min，得到阳极；
步骤二中所述的超声清洗的功率为300W；
三、涂覆：采用丝网印刷的方法，将步骤一中得到的TiO2浆料涂覆在步骤二中得到的阳极上，再在室温下放置3min，再放入到温度为90℃～100℃的干燥箱中干燥5min，得到含有TiO2坯片的FTO导电玻璃；
四、重复步骤三4次，得到负载厚度为10μmTiO2坯片的FTO导电玻璃；
五、将步骤四得到的负载厚度为10μmTiO2坯片的FTO导电玻璃放入到温度为325℃的马弗炉中烧结5min，然后在温度为375℃下烧结5min，再在温度为450℃下烧结15min，最后在温度为500℃下烧结15min，再自然冷却至室温，得到TiO2阳极；
六、制备光敏剂Ru(bpy)2(bpyPO3H2)(PF6)2：
①、合成4,4′-二羧酸-2,2′-联吡啶：
将1.7g4,4′-二甲基-2,2′-联吡啶溶解到43mL质量分数为98％的硫酸中，再在搅拌速度为400r/min下加入8.5gK2Cr2O7至K2Cr2O7溶解到硫酸中，停止搅拌，冷却至室温，得到反应物；将反应物倒入到冰水混合物中，再进行过滤，得到沉淀物质，使用去离子水对沉淀物质进行洗涤3次，再在温度为80℃下进行干燥4h，得到淡黄色物质；将淡黄色物质加入到60mL6mol/L的硝酸中，再在温度为100℃下搅拌反应8h，得到反应液；将反应液自然冷却至室温，再倒入到温度为2℃的蒸馏水中，再进行过滤，得到过滤后的沉淀物质；依次使用蒸馏水和丙酮分别对沉淀物质清洗3次，再在温度为80℃下干燥4h，得到4,4′-二羧酸-2,2′-联吡啶；
②、合成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯：
将1.25g4,4′-二羧酸-2,2′-联吡啶加入到100mL无水乙醇中，再在搅拌速度为400r/min下加入1.5mL质量分数为98％的硫酸，再在搅拌速度为400r/min和温度为82℃下搅拌反应48h，再自然冷却至室温，再加入到100mL去离子水中，再在温度为38℃下减压蒸馏去除无水乙醇，得到反应液；再使用饱和碳酸氢钠溶液调节反应液的pH值为7.5，再进行过滤，再使用去离子水清洗过滤后得到的沉淀物质3次，得到2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯；
③、合成2,2′-联吡啶-4,4′-二甲醇：将0.6g步骤六②得到的2,2′-联吡啶-4,4′-二甲酸甲酯加入到40mL无水乙醇中，再加入1.63g硼氢化钠，再在温度为82℃和搅拌速度为400r/min下搅拌反应3h，再自然冷至室温，再使用200mL饱和氯化铵溶液进行萃取，取萃取后得到的有机层进行减压蒸馏，去除无水乙醇，得到固体物质；将0.3g固体物质加入到20mL去离子水中，在使用60mL乙酸乙酯进行萃取，取有机层物质，得到萃取液；使用无水硫酸钠对萃取液进行干燥，再在温度为40℃下减压蒸馏，去除溶剂，得到2,2′-联吡啶-4,4′-二甲醇；
④、合成2,2′-联吡啶-4,4′-二亚甲基溴：
将300mg步骤六③得到的2,2′-联吡啶-4,4′-二甲醇溶解到7.5mL质量分数为40％的氢溴酸中，再加入2mL质量分数为98％的硫酸，再在搅拌速度为400r/min和温度为110℃下搅拌回流6h，再自然冷却至室温，得到反应液；将10mL反应液倒入到20mL去离子水中，再使用质量分数为50％的氢氧化钠调节溶液的pH值为7，再进行过滤，再使用去离子水对过滤后得到的沉淀物清洗2次，再将清洗后的沉淀物质加入到氯仿中，去除不容杂质，得到沉淀物质氯仿溶液；使用无水硫酸钠对沉淀物质氯仿溶液进行干燥25min，再在温度为35℃下减压蒸馏，去除溶剂，得到2,2′-联吡啶-4,4′-二亚甲基溴；
⑤、合成2,2′-联吡啶-4,4′-二亚甲磷酸二甲酯：将500mg步骤六④得到的2,2′-联吡啶-4,4′-二亚甲基溴加入到4mL氯仿中，再加入5mL亚磷酸三乙酯，再在氮气气氛下加热回流24h，再进行减压蒸馏去除氯仿和亚磷酸三乙酯，得到产物；再采用柱分离法对产物进行分离提纯，得到2,2′-联吡啶-4,4′-二亚甲磷酸二甲酯；
步骤六⑤所述的柱分离法的固定相为300目硅胶，洗脱剂为乙酸乙酯和甲醇的混合物；所述的洗脱剂中乙酸乙酯和甲醇的的体积比为8:2；
⑥、合成顺式-二氯双(2,2′-联吡啶)钌：将1.3gRuCl3·3H2O、1.56g2,2′-联吡啶和1.4g无水氯化锂溶解到25mL二甲基甲酰胺中，再在温度为140℃下加热回流8h，再冷却至室温，得到反应液；将反应液倒入到125mL丙酮中，再在温度为0℃下静置8h，析出黑绿色晶体；使用乙醚对黑绿色晶体进行洗涤，再在室温下自然干燥，得到顺式-二氯双(2,2′-联吡啶)钌；
⑦、合成磷酸酯功能化三联吡啶钌：将312mg步骤六⑥得到的顺式-二氯双(2,2′-联吡啶)钌和224mg步骤六⑤得到的2,2′-联吡啶-4,4′-二亚甲磷酸二甲酯溶解到50mL去除氧气的无水乙醇和去离子水的混合溶液中，再在氮气气氛和搅拌速度为400r/min下搅拌反应8h，再减压蒸馏去除无水乙醇和去离子水，得到产物；再采用柱分离法对产物进行分离提纯，得到磷酸酯功能化三联吡啶钌；
步骤六⑦所述的去除氧气的无水乙醇和去离子水的混合溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为9:1；
步骤六⑦所述的柱分离法的固定相为300目硅胶；所述的洗脱剂为丙酮和水的混合物；所述的洗脱剂中丙酮和水的体积比为1:1；
⑧、将70mg步骤六⑦得到的磷酸酯功能化三联吡啶钌溶解到20mL去除氧气的6mol/L盐酸中，再在温度为110℃、避光和搅拌速度为400r/min下搅拌回流12h，再减压蒸馏去除溶剂，得到橙红色固体；将70mg橙红色固体溶于5mL去离子水中，再加入300mg六氟磷酸钾，再在超声功率为350W下超声分散15min，再倒入到冰水混合物中静置25min，得到橙红色絮状沉淀；使用去离子水对橙红色絮状沉淀清洗4次，再在温度为75℃干燥4h，得到光敏剂[Ru(bpy)2(bpyPO3H2)](PF6)2；
七、将步骤六得到的光敏剂分散到水中，得到浓度为0.15mmol/L的光敏剂水溶液，将浓度为0.15mmol/L的光敏剂水溶液加入到不透光的容器中，再将步骤五得到的TiO2阳极浸入到浓度为0.15mmol/L的光敏剂水溶液中，室温下放置12h，得到表面负载光敏剂的TiO2阳极；首先使用去离子水对表面负载光敏剂的TiO2阳极冲洗3次，再使用无水乙醇对表面负载光敏剂的TiO2阳极冲洗3次，得到清洗后的表面负载光敏剂的TiO2阳极；
八、制备Co3O4纳米粒子：
①、将500mg四水合乙酸钴溶解到2mL去离子水中，再加入23mL无水乙醇，再在温度为46℃下搅拌反应10min，再在温度为46℃下以9滴/min的滴加速度滴入3.2mL质量分数为25％的氨水，再升温至80℃，再在温度为80℃和搅拌速度为00r/min下搅拌反应3h，再冷却至室温，得到反应液；将反应液倒入到丙酮中，再在离心速度为4500r/min下离心20min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质；
②、将0.45g离心后的沉淀物质溶解到12mL甲醇中，再加入120mL丙酮，再在离心速度为5000r/min下离心30min，得到Co3O4催化剂；将Co3O4催化剂在温度为35℃下干燥2.5h，得到干燥的Co3O4催化剂；
九、将100mg步骤八得到的干燥的Co3O4催化剂加入到20mL除氧后的CH2Cl2中，再在搅拌速度为400r/min下搅拌反应25min，再以10滴/min的滴加速度滴入360mg3-氨丙基-三乙氧基硅烷，再在室温和搅拌速度为400r/min下搅拌12h，再进行过滤，得到沉淀物质；使用CH2Cl2对沉淀物质进行清洗3次，再进行干燥，得到改性后的Co3O4；将350mg改性后的Co3O4分散到20mL无水甲醇中，得到改性后的Co3O4分散液；
十、将对甲酰基苯甲酸溶解到无水乙醇中，得到浓度为20mmol/L的对甲酰基苯甲酸乙醇溶液；将步骤七得到的清洗后的表面负载光敏剂的TiO2阳极浸入到浓度为20mmol/L的对甲酰基苯甲酸乙醇溶液中30min，再将清洗后的表面负载光敏剂的TiO2阳极取出，再使用无水乙醇对清洗后的表面负载光敏剂的TiO2阳极清洗2次，再在室温下干燥30min，得到对甲酰基苯甲酸乙醇溶液浸泡后的表面负载光敏剂的TiO2阳极；将对甲酰基苯甲酸乙醇溶液浸泡后的表面负载光敏剂的TiO2阳极浸入到步骤九得到的改性后的Co3O4分散液中30min，得到含有Co3O4催化剂的染料敏化TiO2光阳极；
十一、合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸：
①、将0.64g焦硫酸钠溶解到3mL去离子水中，得到焦硫酸钠水溶液；
②、将1.4g3,5-二叔丁基水杨醛溶解到20mL无水乙醇中，得到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液；
③、将3mL焦硫酸钠水溶液分3次加入到20mL3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中，再在搅拌速度为400r/min下搅拌反应1h，得到反应物A；将反应物A分散到无水乙醇中，再进行过滤，得到白色沉淀物质B；使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次，得到中间产物磺酸盐；
步骤十一③所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为1.5g:20mL；
④、将347mg步骤十一③得到的中间产物磺酸盐和152mg3,4-二氨基苯甲酸溶于3mL二甲基甲酰胺中，再在温度为110℃下搅拌反应4h，再冷却至室温，得到反应物C；将300mg反应物C倒入到50mL去离子水中，再进行过滤，得到沉淀物质D；将250mg沉淀物质D溶解到20mL乙酸乙酯中，再减压蒸馏去除乙酸乙酯，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸；
十二、将步骤十一④得到的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸溶解到无水乙醇中，得到0.02mmol/L的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸无水乙醇溶液；将步骤十得到的Co3O4催化剂的染料敏化TiO2光阳极浸入到0.02mmol/L的仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸无水乙醇溶液中1h，再取出，再使用无水乙醇进行清洗4次，再晒干；得到表面负载Co3O4的TiO2阳极，即完成一种TiO2阳极表面负载Co3O4的方法。
以Ag/AgCl电极为参比电极，Pt丝为对电极，实施例二步骤十得到的含有Co3O4催化剂的染料敏化TiO2光阳极和实施例二步骤十二得到的表面负载Co3O4的TiO2阳极分别为工作电极，1mol/L的硫酸钠水溶液作为电解液，施加0.3V的偏置电压；光源为模拟可见光；组装光电化学池对光电流响应进行I-T曲线测试。为了除去电解液中的氧气电化学测试前需对电解液进行氩气鼓泡15min；所有的测试均在25℃下进行，如图3。
图3为阳极的光电流响应I-T曲线图，图3中1为实施例二步骤十得到的含有Co3O4催化剂的染料敏化TiO2光阳极的光电流响应I-T曲线，2为实施例二步骤十二得到的表面负载Co3O4的TiO2阳极的光电流响应I-T曲线；
从图3可知，未引入仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的实施例二步骤十得到的含有Co3O4催化剂的染料敏化TiO2光阳极的最大光电流密度约为60uA/cm-2，随光照—停止次数循环次数增多而衰减；而引入仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的实施例二步骤十二得到的表面负载Co3O4的TiO2阳极的最大光电流敏度增长至87uA/cm-2，且光电流衰减速度明显减慢，由此可知，仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸作为光敏剂与催化剂之间的电子传递媒介，不仅能起到加速光敏剂还原，稳定电子激发态，从而提高光电流的作用，还能起到抑制光电流衰退的作用。

Claims (10)

1.合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法是按以下方法合成的：
一、将焦硫酸钠溶解到去离子水中，得到焦硫酸钠水溶液；
步骤一中所述的焦硫酸钠的质量与去离子水的体积比为(0.6g～0.7g):3mL；
二、将3,5-二叔丁基水杨醛溶解到无水乙醇中，得到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液；
步骤二中所述的3,5-二叔丁基水杨醛的质量与无水乙醇的体积比为(1.3g～1.6g):20mL；
三、将焦硫酸钠水溶液分3次～4次加入到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中，再在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌反应1h～1.5h，得到反应物A；将反应物A分散到无水乙醇中，再进行过滤，得到白色沉淀物质B；使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次～5次，得到中间产物磺酸盐；
步骤三中所述的焦硫酸钠水溶液与3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液的体积比为20:(3～5)；
步骤三中所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为(1g～2g):20mL；
四、将步骤三得到的中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中，再在温度为105℃～115℃下搅拌反应4h～6h，再冷却至室温，得到反应物C；将反应物C倒入到去离子水中，再进行过滤，得到沉淀物质D；将沉淀物质D溶解到乙酸乙酯中，再减压蒸馏去除乙酸乙酯，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸；
步骤四中所述的中间产物磺酸盐的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(340mg～350mg):3mL；
步骤四中所述的3,4-二氨基苯甲酸的质量与二甲基甲酰胺的体积比为(145mg～160mg):3mL；
步骤四中所述的反应物C的质量与去离子水的体积比为(200mg～500mg):50mL；
步骤四中所述的沉淀物质D与乙酸乙酯的体积比为(200mg～500mg):20mL。
2.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤一中所述的焦硫酸钠的质量与去离子水的体积比为0.64g:3mL。
3.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤二中所述的3,5-二叔丁基水杨醛的质量与无水乙醇的体积比为1.4g:20mL。
4.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤三中所述的焦硫酸钠水溶液与3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液的体积比为20:3。
5.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤三中所述的反应物A的质量与无水乙醇的体积比为1.5g:20mL。
6.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤四中所述的中间产物磺酸盐的质量与二甲基甲酰胺的体积比为347mg:3mL。
7.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤四中所述的3,4-二氨基苯甲酸的质量与二甲基甲酰胺的体积比为152mg:3mL。
8.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤三中将焦硫酸钠水溶液分3次加入到3,5-二叔丁基水杨醛无水乙醇溶液中，再在搅拌速度为400r/min下搅拌反应1h，得到反应物A；将反应物A分散到无水乙醇中，再进行过滤，得到白色沉淀物质B；使用无水乙醇对白色沉淀物B质进行洗涤3次，得到中间产物磺酸盐。
9.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤四中将步骤三得到的中间产物磺酸盐和3,4-二氨基苯甲酸溶于二甲基甲酰胺中，再在温度为110℃下搅拌反应4h，再冷却至室温，得到反应物C；将反应物C倒入到去离子水中，再进行过滤，得到沉淀物质D；将沉淀物质D溶解到乙酸乙酯中，再减压蒸馏去除乙酸乙酯，得到仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸。
10.根据权利要求1所述的合成仿生氧化还原电对2-(3,5-二叔丁基-2-羟苯基)苯并咪唑-5-羧酸的方法，其特征在于步骤四中所述的反应物C的质量与去离子水的体积比为423mg:50mL。
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