有机-无机杂化稀土取代磷(Ⅲ)钨酸盐的合成、结构及性能研究

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本论文采用一步组装策略,利用具有类孤对电子效应的PIII作为杂原子,与钨酸钠、盐酸二甲胺、有机羧酸配体和稀土离子在水溶液中进行反应,成功制备出三个系列有机-无机杂化稀土取代磷钨酸盐。借助元素分析、X-射线单晶衍射、红外光谱和热重分析等对其组成和结构进行表征,并研究部分化合物作为电极修饰材料对生物小分子的电化学识别性能和部份化合物作为催化剂的类过氧化氢酶活性。本论文的工作,不但为有机-无机杂化稀土取代磷钨酸盐提供了有效的合成方法,而且证明了有机羧酸配体可以对稀土取代磷钨酸盐的结构具有重要调控作用,丰富了有机-无机杂化稀土取代磷钨酸盐的结构种类。该论文主要研究内容如下:第一部分,在2-吡啶甲酸配体的调控下,利用简单原料法在水溶液中合成出两例新颖的四聚有机-无机杂化稀土取代磷钨酸盐[H2N(CH3)2]8Na8[RE2(H2O)4W2O6(HPCA)2]2[HPIIIW8O30]2[(HPIII)3W12O45]2·52H2O[RE=La3+(1)、Ce3+(2)、HPCA=2-吡啶甲酸]。1和2的簇阴离子结构中包含两种经典的缺位磷钨酸盐构筑单元,分别为四缺位Keggin型[HPW8O30]8-构筑单元和六缺位Dawson型[(HP)2W12O45]10-构筑单元。1和2的阴离子结构是由两个完全相同的二聚次级构筑单元{[RE2(H2O)4W2O6(HPCA)2][HPW8O30][(HP)3W12O45]}8-通过一个RE-O-P键相连而成的中心对称结构。二聚的次级构筑单元{[RE2(H2O)4W2O6(HPCA)2][HPW8O30][(HP)3W12O45]}8-是由一个六缺位Dawson型[(HP)2W12O45]10-片段和一个四缺位Keggin型[HPW8O30]8-片段通过一个稀土-钨异金属[RE2(H2O)4W2O6(HPCA)2]6+片段连接而成。对2的电化学识别多巴胺的性质进行了初步的研究。第二部分,在异烟酸配体的调控作用下,合成出两例新颖的有机-无机杂化稀土取代磷钨酸盐[H2N(CH3)2]6Na10[Ce8(H2O)30W8O20(INA)4][HPIIIW4O17]2[HPIIIW9O33]4·20H2O(HINA=异烟酸)(3)和[H2N(CH3)2]3Na5H2[Pr4(H2O)15W4O10(INA)2][HPIIIW4O18][HPIIIW9O33]2·8H2O(4)。在3的簇阴离子结构中,两个完全相同的次级构筑单元{[Ce4(H2O)15W4O10(INA)2][HPIIIW4O17][HPIIIW9O33]2}8-连接而成。在3的次级构筑单元中,每个构筑单元包含两个Keggin型[HPW9O33]8-片段、一个罕见的[HPW4O17]6-片段以及一个[W4O10(INA)2]2+片段。4的簇阴离子结构中与3的次级构筑单元极其相似,只有一个[HPW4O18]8-片段与其不同。对化合物3的类过氧化氢酶催化活性进行了深入的探究。第三部分,在柔性配体柠檬酸的调控下,利用简单原料法在酸性水溶液中合成出两例新颖的四聚Dawson型有机-无机杂化稀土取代磷钨酸盐[H2N(CH3)2]14Na10[Ce8(H2O)8W8O16(H3cita)4(Hcita)4][(HP)2W14O52]4·36H2O[RE=La3+(5)、Ce3+(6)、H3cita=柠檬酸]。它们的簇阴离子可以看作由四个四缺位Dawson型[(HP)2W14O52]12-片段通过八个柠檬酸配体和八个稀土离子连接而成。在它们的结构中,柠檬酸不仅起到了桥连作用,还与桥连的稀土离子发生了配位,稳定了整个结构。同时具有八个柔性配体的稀土取代磷钨酸盐目前还较为少见。第四部分,在2,6-吡啶二甲酸配体的调控下,通过水热法合成了一例有机-无机杂化铈-铁异金属共嵌入的三维锑钨酸盐框架结构[Ce(H2O)5(2,6-pdca)]4H2[Fe4(H2O)6(Sb W9O33)2]·38H2O(7)(2,6-H2pdca=2,6-吡啶二甲酸)。值得注意的是,7的结构单元是由Krebs型[Fe4(H2O)6(2,6-H2pdca)2(Sb W9O33)2]10-片段桥连四个[Ce(H2O)5(2,6-pdca)]+组成,并通过异金属桥梁连接形成一个三维框架结构。利用7的簇阴离子和K+离子的静电相互作用,制备了长方体纳米晶体7’,并将其作为电极材料,用于电化学同时检测多巴胺和对乙酰氨基酚。
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