以Sb、Bi和Co为杂原子的夹心多酸盐的合成及其催化活性

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:coffeedoly
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夹心型多酸盐是多酸化学的重要组成部分,其中心原子多为Si、Ge、P和As等。而以Sb、Bi和Co为中心原子的夹心型多酸盐的研究进展缓慢,是由于形成该类化合物的中间体不稳定,导致晶体很难从溶液中析出。但这类化合物在催化等方面具有很好活性。尤其夹心金属是混合金属配位时,在光驱动催化水氧化、催化烯烃氧化和光催化等方面具有潜在的应用,已成为多酸化学研究的热点之一。  以一步溶液法,通过调节反应温度、原料比例,加入不同的过渡金属盐和同种有机配体,设计合成出4种以Sb、Bi、Co为中心原子的夹心型多酸盐和1种基于{CoW12}的超分子化合物。经元素组成分析和TG分析,确定其化学式为:  (Hdmap)[{Na4(H2O)9Co2(H2O)6WO3}{B-β-BiW8O30}]·H2O(1)  [{Na(H2O)3}2{Na4(H2O)12Ni2(H2O)2(S b2W2O5)}{(SbW8O30)2}]·15H2O(2)  (Hdmap)4(dmap)2[{Co2Na4(H2O)2}{(Bi2W2O5)}{(BiW8O30)2}]·10H2O(3)  [{Na12(H2O)36}{(Na2Co2Bi2W2O5(NaCoW8O32)2}]·H2O(4)  (Hdmap)6[CoW12O40]·3H2O(5)(dmap=N-(4-pyridyl)dimethylamine)  X-射线单晶衍射分析表明,化合物1和3是由两个中心对称的{BiW8}聚氧阴离子,其夹心分别配位14-核杂金属氧簇{Na4(H2O)9Co2(H2O)6WO3}2和10-核杂金属氧簇{Co2Na4(H2O)2(Bi2W2O5)}单元。每个多核杂金属氧簇又与Na离子共同连接的μ-O原子形成1D、2D结构,相邻的2D层通过氢键和超分子相互作用形成3D结构。化合物2的结构单元可以描述为两个中心对称的{SbW8}聚氧阴离子,其夹心为10-核杂金属氧簇{Na4(H2O)12Ni2(H2O)2(Sb2W2O5)}单元。该单元再通过Na1和Ni1共同连接的μ-O原子形成1D链,链与链通过超分子作用形成2D、3D结构。化合物4的结构单元可以描述为两个中心对称的{NaCoW8O32}聚氧阴离子,其夹心为20-核杂金属氧簇{Na12(H2O)36(Na2Co2Bi2W2O5)}单元。该单元通过Na3连接的μ-O原子形成1D链,链与链通过Na3和{NaCoW8O32}共同连接的μ-O原子形成2D结构,相邻的2D层通过氢键和超分子作用形成3D结构。化合物5由一个[CoW12O40]6-、六个质子化的dmap、三个水分子组成,每个[CoW12O40]6-通过氢键和超分子作用形成1D、2D和3D结构。  合成化合物的热稳定性研究表明,其热稳定性顺序为:化合物3>化合物1>化合物2≈化合物4>化合物5。在可见光驱动下,化合物1对水的光催化氧化活性表明,在最优条件下,该化合物的催化水氧化的TON为205.5,产率为32.88%,说明化合物1是一种活性强、稳定的光驱动水氧化催化剂。化合物2和3在紫外光照射下,作为亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)降解的催化剂,在40min左右,其降解率分别为94.17%、92.93%、81.51%(化合物2);95.22%、92.32%、76.63%(化合物3),说明对染料的降解具有很好的光催化作用。化合物4和5对环已烯氧化的转化率分别为81.63%、81.53%,生成环已烯-1-酮的选择性分别为100%、99.22%;对苯乙烯氧化的转化率分别为99.45%、98.92%,生成苯甲醛的选择性分别为97.49%、92.62%,说明对环已烯和苯乙烯的氧化,表现出非常好的催化效果,且优于文献报道结果。以上研究表明,化合物1-5是一类具有广泛应用前景的多功能催化材料。
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