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基于Wells-Dawson型缺位多钨氧酸盐的多金属氧酸盐的合成、晶体结构和性质研究

姚爽  
【摘要】:多金属氧酸盐由于其丰富的拓扑结构类型以及其自身优良的分子功能特性,例如酸性、氧化还原活性、高的负电荷性等,使其在很多研究领域,比如:催化、磁性,医药等方面具有潜在应用前景。缺位型多钨酸盐在合成新型多金属氧酸盐化合物方面展示出了极其优秀的活性,缺位多酸的结构多样性为众多新型多金属氧酸盐化合物的合成奠定了基础。缺位多金属氧酸盐片段通过不同的连接单元(过渡金属离子,稀土金属离子,有机金属基团等)连接形成结构新颖的多核金属簇。本论文主要选用缺位Wells-Dawson型多金属氧酸盐与过渡金属离子或稀土金属离子组装,合成了多种结构新颖的多核金属簇。 利用常规水溶液方法和水热技术合成了12例结构新颖的化合物,并通过IR、元素分析、单晶X-射线衍射分析,TG,和紫外-可见光谱等方法对晶体结构进行了表征;对这些化合物的磁学特性、电化学、电催化以及光催化性能进行了初步研究。 1.利用六缺位Wells-Dawson型多金属氧酸盐{P_2W_(12)}为前躯体与过渡金属,稀土金属离子在常规水溶液条件下反应合成了4个基于六缺位{P_2W_(12)}的三聚冠状结构的化合物。在这些结构中,三个{P_2W_(12)}建筑单元通过三个W原子连接成三聚的冠状结构类型;三聚的冠分别捕获6个Co2+和6个Ni2+离子形成了化合物1和2。化合物1和2是首例含有6个过渡金属离子的{P_2W_(12)}基三聚冠状化合物;在化合物3中,冠状结构捕获了Mn-Gd~(3+)构筑的混合金属簇,该多阴离子进一步通过3d和4f桥连单元连接形成了二维孔状结构类型;在化合物4中,冠状结构中捕获了两个过渡金属Co2+形成了三聚的结构类型,三聚的冠进一步被Gd~(3+)离子连接形成纯无机的一维链状结构;化合物3和4是首例含有3d-4f混合金属的{P_2W_(12)}基的多金属氧酸盐化合物。磁性研究表明化合物3和4中存在着反铁磁性相互作用。Na_(_(18))[{Co(H_2O)_4}_6{WO(H_2O)}3(P_2W_(12)O_(48))3]·109H_2O (1) Na_(_(18))[{Ni(H_2O)_4}_6{WO(H_2O)}3(P_2W_(12)O_(48))3]·110H_2O (2) K6Na8[{HMn2Gd3(Tart)O2(H_2O)25}{P6W42O151(H_2O)7}]·44H_2O (3) K6Na10[{GdCo(H_2O)11}2{P6W41O1_(48)(H_2O)7}]·43H_2O (4) 2.常规水溶液条件下,利用六缺位Wells-Dawson型多金属氧酸盐{P_2W_(12)}为前躯体与多种过渡金属离子反应合成了3例双Dawson型二聚的多金属氧酸盐化合物5-7。化合物5是锰取代的二聚多金属氧酸盐,进一步与吗啉分子和结晶水分子通过氢键相互作用连接成一维超分子结构类型;化合物6是第一例钴取代的双Dawson型结构;化合物7是含有Fe~(3+)离子的缺位Dawson型多金属氧酸盐基二聚结构类型。电催化研究表明,这些多金属氧酸盐化合物对亚硝酸根离子具有电催化还原作用。(C_4H_(10)NO)_(12)Na_2[α1-MnP2W17O61)]2·7H_2O (5) [(CH_3)_2NH_2]_3K2Na_(11)[α1-CoP2W17O61]2·30H_2O (6)Na8K2[Fe2(H_2O)8(Fe2P2W16O60)2]·41H_2O (7) 3.在水热条件下,在有机羧酸和有机胺共同辅助下,六缺位多钨酸盐{P_2W_(12)}与Mn2+离子反应合成了双Dawson型多阴离子基一维链状结构化合物8,进一步通过氢键作用连接成三维结构类型;增加有机酸的含量,六缺位多钨酸盐{P_2W_(12)}转化为饱和Dawson结构类型,与三个原位形成的配体PDMA抗衡形成化合物9;进一步,利用有机胺辅助,通过改变缺位多金属氧酸盐前躯体的种类,在水热条件下成功合成了有机无机杂化的基于缺位Keggin型多金属氧酸盐的夹心型多酸10;利用钼酸钠,钒酸钠,Ni2+离子以及有机胺配体在水热条件自组装得到了两个哑铃型的二聚结构化合物11和12)。Na8H_2L(H_2enMe)_4{Mn(H_2O)2[(W4Mn4O12)(P2W14O54)2]}·17H_2O (8) (H_2L)3[P2W_(18)O62]·7.5H_2O (9) [Cu(enMe)2(H_2O)]2{Cu(enMe)2[Cu(enMe)]3[Cu(H_2O)]3(SbW9O33)2}·5H_2O (10) [Ni(enMe)2]4{[Ni(enMe)2(H_2O)]2[Ni(enMe)2][(VVMoVI8V4IVO40)(VIVO)2]2}·10H_2O (11) [Ni(enMe)2]5{[Ni(enMe)2]2[(VVMoVI4MoV4V4IVO40)(VIVO)_4]2}·2H_2O (12)


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