基于{P6Mo18}和{P4Mo6}有机—无机杂化材料的制备及性质研究

来源 :哈尔滨师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhucejuren2011
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{P6Mo18}和{P4Mo6}型多金属氧酸盐是性能优良的非经典多酸化合物。对于前者而言,其具有较大的体积,形成的高维数高连接化合物具有特殊的孔道,能够有效的进行电子传输,因此在超级电容器以及光电催化等领域具有广阔的应用前景。对于后者以{P4Mo6}为基元的小尺寸化合物,相比于前者而言,其具有灵活的化学尺寸,丰富的表面活性位点,更容易形成过渡金属、金属有机配合物以及金属有机网络连接多酸表面氧形成高维数高连接的POMOF型化合物。本文采用水热合成的方法,通过调变溶液pH、配体和过渡金属种类,合成了结构新颖的5种篮子型和3种{P4Mo6}型P/Mo系列装配。以下是根据对合成的化合物进行X-射线单晶衍射和晶体解析后,确定的化合物的分子式:(Hbpy)2(H2bpy)9[(btp){Cu(H2O)2}8{SrP6MoⅤ3MoⅥ15O73}4]·8H2O(1)(bpy)7(H2bpy)2(btp)[{Fe(H2O)Fe(H2O)3}4{Sr(?)P6Mo18O73}4]·22H2O(2)(Hbpy)4(H2bpy)4(btp)[{Co(H2O)1.5Co(H2O)3}4{Sr(?)P6Mo18O73}4]·14H2O(3)(Hbpy)2(H2bpy)3[{Ni(H2O)(bpy)}4{Ni(H2O)3}4{Sr(?)P6Mo18O73}4]·18H2O(4)(H2bipy)[{Cu(Hpy)(H2O)}2{Cu2(bipy)(Hbipy)2}2{Cu4(bipy)3(Hbipy)2} {HSrP6Mo18O73}4]·10H2O(5)(H2btb)3 {Cu(P4MoⅥ5MoⅤ)2}·H2O(6){Ni(C20N4H14)}2{Ni(H2O)0.5}2{Na2(H2O)1.5}2{NiMo12O30(PO4)8}.2H2O(7)[{Cu2Na2(H2O)2.5(tpp)}2{CuMoⅤ12024(OH)6(HPO4)4(PO4)4}]·5H2O(8)(bpy=4,4‘-bipyridine,btp=1,3-Bis(1,2,4-triazol-1-y)propane,pz=pyrazine,tpp=2,4,6-tris-(2,2,3-pyridyl)-1-pyridine)化合物1是一例以{Cu(H2O)2}为连接单元的篮子四聚体,四个篮子簇与四对{Cu(H2O)2}中间存在Cu(H2O)2连接单元交替相连形成一个具有花瓣形空穴的四聚体;化合物2和3分别是以金属Fe和Co形成的配位数不同的连接单元交替连接四个篮子簇而形成的四聚体;化合物4是以{Ni(H2O)3}和{Ni(H2O)(bpy)}配合物为桥单元交替连接四个篮子簇形成的四聚物;化合物5中,是由无数三个一组的平行金属有机链{Cu(py)}n和篮子簇相连而形成的具有均匀孔洞的二维有机-无机杂化层装配;化合物6是由柔性配体1,4-bis修饰的零维{P4Mo6}化合物;化合物7是以{Ni{P4Mo6}2}二聚体为基本单元,通过{Ni(H2O)0.5}和{Na2(H2O)1.5}连接单元形成的一维链进一步由{Ni(C20N4H14)}配合物桥连接形成的2D有机-无机杂化物。化合物8是以{Cu{P4Mo6}2}二聚体为基本单元,通过P-O桥、{CuNa(H20)}桥单元和{CuNa(tpp)}连接单元沿三个方向形成的复杂高链接的三维{P4Mo6}装配。值得注意的是化合物7和8中的复杂配体tpp是由2,2-联吡啶和1,3-三唑丙烷前驱体通过原位合成反应产生的新的配体。对所有化合物进行了相关的电化学测试,包括测量循环伏安,恒电流充放电,充放电循环,交流阻抗以及电催化氧化和还原。实验结果显示,化合物1-8均表现出较高的比电容和良好的循环稳定性。对于两种化合物而言,具有较高的维数的化合物5和8,在进行恒电流充放电时,具有高于同类其他化合物的比电容,这可能是由于化合物当中存在的金属有机化合物形成的孔洞数目较多,使得电子的传输速度加快的原因。而{P6Mo18}四聚物的比电容明显高于{P4Mo6}型的有机无机杂化材料,这可能是由于四聚物存在大的孔洞的原因。此外,化合1-8对过氧化氢的还原和生物有机分子抗坏血酸的氧化均表现出很好的催化作用,是潜在的双功能传感器材料。高维数化合物5和8的催化效果比零维的好,这可能是由于金属有机配合物网络加速了质子和电子传输效率所导致的。化合物1-8在紫外光辐照下,均对典型染料亚甲基蓝(MB)和罗丹明B(RhB)表现出较好的降解效果,实验结果显示高维数化合物的催化效果和降解时间均好于零维化合物,且{P6Mo18}型化合物的催化效果明显优于{P4Mo6}型化合物。其原因可能是篮子化合物的穴状结构,有利于电子和空穴对的分离和迁移,另外结构中的孔道增大了材料的比表面积,使更多的活位点参与反应。
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