过渡金属修饰的Nb/W混配型多酸的合成及性能研究

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过渡金属修饰的多金属氧酸盐不仅具有丰富的结构,而且在磁性、催化、医学和材料科学方面有着广泛的应用,受到了研究者的广泛关注。目前这些化合物的合成主要是以缺位多酸或经典的饱和多酸为前驱体。混配型多酸(Mixed-addenda polyoxometalates)因其特殊的电子特征而具有高亲核性的表面氧,此外混配型多酸具有反应活性温和(适中)、位置选择性高和水解稳定性高的优点,成为设计合成过渡金属、稀土多酸衍生物以及功能化多酸材料的优选前驱体。因此,探索具有高亲核性的混配多酸与过渡金属的反应性,并制备出具有新颖结构和特殊性质的多酸化合物具有重要意义。本文中,我们首先使用Nb/W混配多酸[P2W15Nb3O62]9-与二价过渡金属(Cu,Co,Mn,Zn)在溶剂热条件下反应,成功得到了四例三聚体化合物(化合物1-4),其中化合物2、3和4是同构化合物,结构中的Co、Mn和Zn离子均为四配位,而化合物1中Cu离子为六配位。化合物1-4都可以催化醛和酮的氰基硅烷化反应,其中化合物1表现出最高的催化活性。实验证明化合物1在催化过程中可以多循环使用并保持活性不变。H19[Cu4(H2O)15(P2W15Nb3O62)3]·21H2O(1)H19[Co4(H2O)7(P2W15Nb3O62)3]·15H2O(2)H19[Mn4(H2O)7(P2W15Nb3O62)3]·6(HCOOH)·18H2O(3)H19[Zn4(H2O)7(P2W15Nb3O62)3]·23H2O(4)我们使用Nb/W混配多酸[P2W15Nb3O62]9-和三价过渡金属(Cr、Fe)通过常规水溶液反应,制备了两例同构的夹心型二聚体化合物(化合物5和6)。在该体系中两个{P2W15Nb3O62}单元夹心三个独立的{CrO6}或{FeO6}片段形成了二聚的结构。我们通过单晶及粉末X-射线衍射、红外、热重、XPS及紫外-可见漫反射光谱对其性质进行了表征,并通过循环伏安测试探究了它们的电化学性能。K2Na3H4[(Cr(H2O)4)3(P2W15Nb3O62)2]·32H2O(5)K2Na2H5[(Fe(H2O)4)3(P2W15Nb3O62)2]·24H2O(6)在上述工作基础上,我们向反应体系中引入了刚性有机配体4,4’-联吡啶,通过水热法合成了三例基于混配多酸的有机-无机杂化化合物(化合物7-9)。我们通过单晶及粉末X-射线衍射、红外、热重、XPS及紫外-可见漫反射光谱对其性质进行了表征。化合物7与化合物9为同构化合物,结构中只有一个金属离子与多酸配位,而化合物8中有三个金属离子与多酸配位,其结构较为复杂。三个化合物在可见光区均有很强的吸收为我们探究其在光催化领域的应用提供了可能。H14[(Co(H2O)3)2(C10H8N2)4(P4W30Nb6O123)]·4(C10H8N2)·8H2O(7)H3[Cu3(H2O)2(C10H8N2)4(C6H4N)(P2W15Nb3O62)]·6H2O(8)H14[(Ni(H2O)3)2(C10H8N2)4(P4W30Nb6O123)]·4(C10H8N2)·11H2O(9)
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