Cr(III)-取代磷钨杂多配合物对4-甲基吡啶的电催化氧化作用

利用Cr(III)-取代磷钨杂多配合物PW₁₁O₃₉Cr^III(H₂O)^4－的内球电子转移特性, 通过与反应活性中心Cr^III(H₂O)第六配位水分子的交换反应, 将4-甲基吡啶分子络合修饰到该活性中心上进行阳极催化氧化. 可见吸收光谱证实4-甲基吡啶和Cr^III(H₂O)中心进行配体交换反应生成PW₁₁O₃₉Cr^III(NC₆H₇)^4－; 而循环伏安和恒电位电解实验结果表明, 修饰在Cr(III)活性中心上的4-甲基吡啶分子每一步都经历2电子氧化, 依次生成吡啶-4-甲醇, 吡啶-4-甲醛和吡啶-4-甲酸. 由此提出了一个关于这类反应的分子内电催化模板机制, 为过渡金属取代杂多配合物作为间接氧化电催化剂的应用开辟了一条新途径.     

Cr(Ⅲ)-取代磷钨杂多配合物对4-甲基吡啶的电催化氧化作用

利用Cr(Ⅲ)-取代磷钨杂多配合物PW11O39CrⅢ(H2O)4-的内球电子转移特性,通过与反应活性中心CrⅢ(H2O)第六配位水分子的交换反应,将4-甲基吡啶分子络合修饰到该活性中心上进行阳极催化氧化.可见吸收光谱证实4-甲基吡啶和CrⅢ(H2O)中心进行配体交换反应生成PW11O39CrⅢ(NC6H7)4-;而循环伏安和恒电位电解实验结果表明,修饰在Cr(Ⅲ)活性中心上的4-甲基吡啶分子每一步都经历2电子氧化,依次生成吡啶-4-甲醇,吡啶-4-甲醛和吡啶-4-甲酸.由此提出了一个关于这类反应的分子内电催化模板机制,为过渡金属取代杂多配合物作为间接氧化电催化剂的应用开辟了一条新途径.     

Keggin类杂多化合物催化环氧化环戊烯的谱学研究

报道了一系列Keggin 类杂多化合物与H₂O₂ (30%)催化氧化环戊烯. 其中两缺位的 [γ-SiW₁₀(H₂O)₂O₃₄](Bu₄N)₄ 的催化活性最好, 环戊烯转化率为90%, 环戊烯环氧化物的选择性为98%. 反应前后的UV-vis, FT-IR分析表明, 反应后催化剂的结构保持, 没有发生降解. 在以磷为中心原子的磷系Keggin 杂多酸复合溴代十六烷基吡啶中, 钼钨混合型的催化活性优于钨磷酸(H₃PW₁₂O₄₀•mH₂O)和钼磷酸(H₃PMo₁₂O₄₀•mH₂O)的. 而在十一种钼钨混合型的含磷杂多化合物H₃PMo_12－nW_nO₄₀•mH₂O中, 当n＝6时的H₃PMo₆W₆O₄₀•mH₂O显示出了最好的活性. 我们采用UV-vis, FT-IR and ³¹P NMR 等谱学方法表征了新鲜的催化剂和处于反应状态下的催化剂. 发现在反应条件H₂O₂ (30%)的量是催化剂的50倍时, H₃PMo₆W₆O₄₀•mH₂O全部降解成数种含磷的物种, 这些含磷物种可能包含反应中最具催化活性的物种. 而在此条件时, 发现H₃PW₁₂O₄₀•mH₂O降解得很少, 只有一种磷钨氧物种生成, 但不是Venturello-Ishii催化体系中的活性物种{PO₄[WO(O₂)₂]₄}^3－.     

含磷钼酸及2,2’-联吡啶-3,3’-二羧酸配体的铜配位聚合物的合成、晶体结构与电化学性质

在水热条件下合成了一个新的化合物{[Cu₄(PMo₁₂O₄₀)(H₂O)₅(H₂bpdc)(Hbpdc)(bpdc)₂]·6H₂O}_n(H₂bpdc=2, 2’-联吡啶-3, 3’-二羧酸), 并用元素分析、IR、TG和X-射线衍射等手段进行了表征。结果表明本化合物的晶体结构中, 最小不对称单元包含1个 [Cu₄(H₂O)₅(H₂bpdc)(Hbpdc)(bpdc)₂]³⁺阳离子, 1个[PMo₁₂O₄₀]^3-阴离子和6个结晶水分子。Cu(Ⅱ)与相邻[PMo₁₂O₄₀]^3-的桥氧原子配位, 形成一维链状结构。电化学研究表明, 化合物存在三步氧化还原过程。     

Dawson型磷钨杂多阴离子P2W18O626-的电化学性质和对O2还原的电催化作用

用循环伏安、交流伏安和交流阻抗法对Dawson型磷钨杂多阴离子P₂W₁₈O₆₂^6-的电化学性质进行了详细研究, 循环伏安结果显示, P₂W₁₈O₆₂^6-在pH 2.52的0.1 mol·L^-1 Na₂SO₄+NaHSO₄溶液中有两对可逆的单电子还原-氧化波和两对可逆的双电子还原-氧化波. 单电子波的峰电位和电流与溶液的pH无关, 双电子波的峰电位则随溶液pH的增加而负移, 峰电流降低, 表明双电子电极过程有H⁺参与, 其数目为2. 交流阻抗谱表明P₂W₁₈O₆₂^6-的电极过程完全受扩散控制, 实验测定其扩散系数(D_O)为2.5×10^-6 cm²·s^-1. 循环伏安结果表明P₂W₁₈O₆₂^6-的第III对波对O₂还原为H₂O₂具有显著的电催化作用, 催化效率约达300%. 将P₂W₁₈O₆₂^6-应用于PW₁₁O₃₉Fe(III)(H₂O)^4-构成的类电-芬顿过程, 使该过程对硝基苯的降解效率显著提高.     

基于二氰根铬的一系列氰根桥联CrⅢ-CuⅡ-CrⅢ三核配合物的合成、结构与磁性

基于一系列二氰根铬与[Cu(cyclam)](ClO₄)₂反应合成了3个氰根桥联Cr^Ⅲ-Cu^Ⅱ-Cr^Ⅲ三核配合物[Cu(cyclam)][Cr(bpmb)(CN)₂]₂·4H₂O(1)(cyclam=1,4,8,11-四氮杂环十四,bpmb^2-=1,2-二(2-吡啶甲酰胺基)-4-甲基苯),[Cu(cyclam)][Cr(bpdmb)(CN)₂]₂(2)(bpdmb^2-=1,2-二(2-吡啶甲酰胺基)-4,5-二甲基苯)和[Cu(cyclam)][Cr(bpClb)(CN)₂]₂·4H₂O(3)(bpClb^2-=1,2-二(2-吡啶甲酰胺基)-4-氯苯)。单晶衍射结果表明:3个化合物是结构类似的中性三核配合物,均含有氰根桥联的Cr(Ⅲ)-CN-Cu(Ⅱ)-NC-Cr(Ⅲ)连接;磁性研究表明:氰根桥在Cr^Ⅲ和Cu^Ⅱ离子间传递弱的铁磁耦合作用,基于自旋哈密顿算符Ĥ=-2J_CrCuŜ_Cu(Ŝ_Cr1+Ŝ_Cr2)拟合得到它们的磁耦合常数分别是J_CrCu=1.53(2) cm^-1(1),0.45(1) cm^-1(2)和0.73(2) cm^-1(3)。     

过氧铌杂多配合物位置异构体的合成、表征及催化性能

合成了6种钨硅杂多配合物异构体α、β_i-M₃H₂[SiW₁₁(NbO₂)O₃₉]·H₂O(M=Me₄N⁺(TMA),Bu₄N⁺(TBA),Et₄N⁺(TEA);β_i=β₁,β₂,β₃)。IR光谱、UV光谱、极谱、I^--S₂O₃^2-滴定证明合成的杂多配合物中有NbO₂基存在, ¹⁸³W NMR光谱证明其阴离子具有Keggin结构,催化实验结果表明,合成的化合物对烯烃环氧化反应具有催化活性,且过氧杂多配合物的催化活性高于非过氧杂多配合物,β异构体的催化活性高于α。     

四种Keggin型多酸纳米材料的制备及其吸附有机染料的性能

以4种Keggin型多酸作为原料(分别为H₃PW₁₂O₄₀·36H₂O(简写为PW₁₂^a)、H₃PMo₁₂O₄₀·34H₂O(简写为PMo₁₂^a)、H₄SiW₁₂O₄₀·35H₂O(简写为SiW₁₂^a)和H₄GeW₁₂O₄₀·40H₂O(简写为GeW₁₂^a)),采用表面活性剂智能化控制的软化学法制备了相应的4种Keggin型多酸纳米材料,分别为Ag₃PW₁₂O₄₀·36H₂O(简写为PW₁₂^b)、Ag₃PMo₁₂O₄₀·34H₂O(简写为PMo₁₂^b)、Ag₄SiW₁₂O₄₀·35H₂O(简写为SiW₁₂^b)和Ag₄GeW₁₂O₄₀·40H₂O(简写为GeW₁₂^b)。采用IR、UV-Vis、XRD和SEM表征多酸的结构和纳米粒子的形貌。在室内黑暗条件下,100mg样品可在5min内把20mg·L^-1的100mL亚甲基蓝(MB)染料溶液脱色,使其变为接近无色,吸附效率最高可达96.3%,吸附效率大小为PMo₁₂^b >PW₁₂^b >GeW₁₂^b >SiW₁₂^b。相同条件下,100mg样品使20mg·L^-1的100mL罗丹明B(RhB)染料溶液30min内脱色完全,脱色效率最高可达96.1%,吸附效率大小为PW₁₂^b >PMo₁₂^b >SiW₁₂^b >GeW₁₂^b。说明该4种多酸纳米材料具有较高的吸附有机染料性能。     

单锰取代的Keggin型多酸吸附大气小分子X(X=H2O,N2,O2,NO,N2O,CO和CO2)的密度泛函理论计算研究

基于密度泛函理论（DFT） M06L方法对一系列单锰取代的Keggin型POM吸附大气小分子X（X=H₂O,N₂,O₂,NO,N₂O,CO和CO₂）配合物的分子几何,电子结构和成键性质进行了系统研究。由于POM的多阴离子性质,铯盐Cs₄[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢH₂O]被用来考虑抗衡离子效应。DFT-M06L计算表明,当改变4个Cs抗衡阳离子的位置时,多酸阴离子的几何结构和电子结构参数几乎没有变化。当不考虑抗衡离子效应,在气相和溶液中单独优化多酸阴离子（[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢH₂O]^4-）时,其主要几何和电子参数没有显著变化。比较不同自旋态的能量表明[PW₁₁O₃₉Mn^ⅡX]^4-（X=H₂O、N₂、N₂O、CO和CO₂）的最低能量态是高自旋五重态,[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢO₂]^4-为三重态,而[PW₁₁O₃₉Mn^ⅢNO]^4-则为双重态。这些大气小分子在类卟啉POM配体上的吸附能量按照以下顺序增加：N₂ < N₂O < CO≈CO₂ < O₂ < H₂O < NO。POM-Mn-NO配合物具有较大的吸附能。Mulliken布居分析表明,NO配体与多酸中Mn^Ⅲ中心的相互作用主要来自于中间自旋态的Mn^Ⅲ中心与NO^·分子之间的反铁磁性耦合相互作用。     

四种Keggin型多酸纳米材料的制备及其吸附有机染料的性能

以4种Keggin型多酸作为原料(分别为H₃PW₁₂O₄₀·36H₂O(简写为PW₁₂^a)、H₃PMo₁₂O₄₀·34H₂O(简写为PMo₁₂^a)、H₄SiW₁₂O₄₀·35H₂O(简写为SiW₁₂^a)和H₄GeW₁₂O₄₀·40H₂O(简写为GeW₁₂^a)),采用表面活性剂智能化控制的软化学法制备了相应的4种Keggin型多酸纳米材料,分别为Ag₃PW₁₂O₄₀·36H₂O(简写为PW₁₂^b)、Ag₃PMo₁₂O₄₀·34H₂O(简写为PMo₁₂^b)、Ag₄SiW₁₂O₄₀·35H₂O(简写为SiW₁₂^b)和Ag₄GeW₁₂O₄₀·40H₂O(简写为GeW₁₂^b)。采用IR、UV-Vis、XRD和SEM表征多酸的结构和纳米粒子的形貌。在室内黑暗条件下,100 mg样品可在5 min内把20 mg·L^-1的100 mL亚甲基蓝(MB)染料溶液脱色,使其变为接近无色,吸附效率最高可达96.3%,吸附效率大小为PMo₁₂^b > PW₁₂^b > GeW₁₂^b > SiW₁₂^b。相同条件下,100 mg样品使20 mg·L^-1的100 mL罗丹明B(RhB)染料溶液30 min内脱色完全,脱色效率最高可达96.1%,吸附效率大小为PW₁₂^b > PMo₁₂^b > SiW₁₂^b > GeW₁₂^b。说明该4种多酸纳米材料具有较高的吸附有机染料性能。     

基于1,10-邻菲罗啉-5,6-二酮和Keggin型多金属氧化物的化合物的水热合成及性质

在水热条件下,用1,10-邻菲罗啉-5,6-二酮(Do)作为中性配体合成了3个基于Keggin型多金属氧化物的化合物(HDo)₆(PW₁₂O₄₀)₂·H₂O(1),[Cu(Do)₂(H₂O)]₂[Cu(Do)₂(PW₁₂O₄₀)(H₂O)](PW₁₂O₄₀)(2)和[Pb(Do)₂(PW₁₂O₄₀)](HDo)(3),并对其进行了元素分析、红外光谱、电感耦合等离子体分析、Ｘ射线光电子能谱、热重分析以及荧光光谱等表征。单晶X射线衍射分析表明化合物1和2为零维结构,化合物3是一维链状结构。     

（TEAH）nH3-nPW12O40催化苯甲醇选择氧化及其反应机理

以Keggin结构的磷钨酸和三乙胺（TEA）为原料,通过简单的酸碱反应合成了磷钨酸的TEA盐.并以它们为催化剂,考察了以H₂O₂为氧化剂、以水为溶剂的体系中苯甲醇选择氧化制备苯甲醛的反应性能.结果表明,（TEAH）_nH_3-nPW₁₂O₄₀（n=1,2,3）系列催化剂对苯甲醇的选择氧化反应有很高的活性和选择性,且可被分离和循环使用.在适宜的反应条件下,最佳催化剂（TEAH）H₂PW₁₂O₄₀上,苯甲醇的转化率可达99.6%,苯甲醛的选择性为100%.还采用IR,³¹PNMR谱和元素分析技术,对催化剂和反应过程中催化剂物种的转化和分布进行了考察,进而导出了反应机理.在这个水--油两相反应中,（PW₁₂O₄₀）^3-首先在H₂O₂的作用下,氧化降解为溶于水的小分子过氧物种（PO₄（WO（O₂）₂）₄）^3-和自由W物种.（PO₄（WO（O₂）₂）₄）^3-是真正的活性物种,可将部份溶于水层的苯甲醇氧化为苯甲醛,自身转变为失去活性氧的反应后物种（SAR）.而SAR又可与自由W物种一起聚合为前驱体状态的（PW₁₂O₄₀）^3-,完成催化循环.     

两个2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物含能配合物的合成、晶体结构及催化性能

合成了2,6-二氨基-3,5-二硝基吡嗪-1-氧化物(LLM-105)₂种含能配合物[Cu₄O₂(C₄N₆O₅H₂)₂(CH₃COO)₂(DMF)₂]·DMF(1)((C₄N₆O₅H₂)^2- 为配体LLM-105失去2个H⁺)和[Co(C₄N₆O₅H₃)₃]·7H₂O(2)((C₄N₆O₅H₃)^- 为LLM-105失去1个H⁺),用X射线单晶衍射法测定了其分子结构。配合物1属正交晶系,空间群为Pbca,配合物2属三斜晶系,空间群为R3。用DSC,TG-DTG技术对配体和2个配合物的热分解进行了研究。用Kissinger法和Ozawa-Doyle法对配合物热分解过程中放热峰的表观活化能进行了计算。同时研究了2种配合物对AP热分解催化效果的影响,结果表明,2种配合物使AP的高温分解峰温分别提前117.42和71.85℃,分解放热量增加1916.97和1433.76J·g^-1,对AP热分解具有非常显著的催化效果。     

Cr2O3和CrO3/Cr2O3催化剂的2-氯-1,1,1-三氟乙烷气相氟化反应的活性物种和失活

采用沉淀法和浸渍法制备了2种铬基（Cr₂O₃和CrO₃/Cr₂O₃）催化剂,用于气相氟化2-氯-1,1,1-三氟乙烷合成1,1,1,2-四氟乙烷。研究发现含有低价铬（Cr³⁺）物种的Cr₂O₃催化剂上2-氯-1,1,1-三氟乙烷的稳态转化率为18.5%,而含有高价铬（Cr⁶⁺）物种和低价铬（Cr³⁺）物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂初始转化率达到30.6%,然而存在明显的失活。含有Cr⁶⁺物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂的2-氯-1,1,1-三氟乙烷氟化反应初始TOF值为1.71×10^-4 mol_HCFC-133a·mol_Cr（Ⅵ）^-1·s^-1,高于含有Cr³⁺物种的Cr₂O₃催化剂（4.16×10^-5 mol_HCFC-133a·mol_Cr（Ⅲ）^-1·s^-1）。Cr₂O₃催化剂在氟化反应前后催化剂的物相结构保持不变;而含有高价铬物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂经HF反应后生成了CrO_xF_y活性物种。然而,CrO_xF_y物种在反应中挥发或转化成稳定但无活性的CrF₃,从而导致催化剂失活。     

Cr2O3和CrO3/Cr2O3催化剂的2-氯-1，1，1-三氟乙烷气相氟化反应的活性物种和失活

采用沉淀法和浸渍法制备了2种铬基（Cr₂O₃和CrO₃/Cr₂O₃）催化剂,用于气相氟化2-氯-1,1,1-三氟乙烷合成1,1,1,2-四氟乙烷。研究发现含有低价铬（Cr³⁺）物种的Cr₂O₃催化剂上2-氯-1,1,1-三氟乙烷的稳态转化率为18.5%,而含有高价铬（Cr⁶⁺）物种和低价铬（Cr³⁺）物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂初始转化率达到30.6%,然而存在明显的失活。含有Cr⁶⁺物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂的2-氯-1,1,1-三氟乙烷氟化反应初始TOF值为1.71×10^-4 mol_HCFC-133a·mol_Cr(Ⅵ)^-1·s^-1,高于含有Cr³⁺物种的Cr₂O₃催化剂（4.16×10^-5 mol_HCFC-133a·mol_Cr(Ⅲ)^-1·s^-1）。Cr₂O₃催化剂在氟化反应前后催化剂的物相结构保持不变;而含有高价铬物种的CrO₃/Cr₂O₃催化剂经HF反应后生成了CrO_xF_y活性物种。然而,CrO_xF_y物种在反应中挥发或转化成稳定但无活性的CrF₃,从而导致催化剂失活。     

以6-甲基-2,3,5-吡啶三酸为配体的过渡金属配合物的合成、结构与性质

以6-甲基-2,3,5-吡啶三酸为配体和过渡金属盐反应,合成出2个新颖的金属配位聚合物{[Cu(Hmptc)(H₂O)]·2H₂O}_n(1)和{Cd(Hmptc)(H₂O)}_n(2)(H₃mptc=6-甲基-2,3,5-吡啶三酸)。配合物1存在具有四边形孔道的二维网状结构。配合物2中的Cd(Ⅱ)中心通过Hmptc^2-配体连接成为类似于笼状的二维层状结构,进一步由氢键相互作用连接成三维超分子结构。配合物2存在蓝绿色荧光。     

基于合成后修饰策略构建高灵敏度和选择性金属有机骨架基荧光静默系统用于抗坏血酸的检测

成功制备了一种在水溶液中表现出优异荧光性能和稳定结构的三维荧光金属有机骨架[Cd(L)(H₂O)_0.5]·DMF·2.5H₂O (1),其中 H₂L=3-(四唑-5-基)三唑。1在识别 Cr(VI)离子过程中表现出明显的荧光猝灭现象,并形成"开-关"荧光静默体系(Cr₂O₇^2-@1),该体系可以快速检测水溶液中的Cr(VI)离子,这是Cr(VI)的紫外吸收光谱和1的激发光谱重叠而导致的福斯特共振能量转移(FRET)。此外,通过消除FRET的作用,Cr₂O₇^2-@1的荧光强度可以恢复或超越原始值,从而实现对水体系中抗坏血酸(AA)的高选择性和灵敏度的荧光检测。同时,Cr₂O₇^2-@1体系可以成功检测维生素C片中的AA,回收率为98.20%~103.33%,相对标准偏差(RSD)为1.78%~3.42%。基于此,构建了以AA和铬(VI)为化学输入的荧光"IMPLICATION"分子逻辑门。     

Criegee自由基CH2O2与H2O反应机理及动力学的理论研究

在6-311＋G(2d,2p)水平下, 采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法, 研究了Criegee 自由基CH₂O₂与H₂O的反应. 结果表明反应存在三个通道: CH₂O₂＋H₂O®HOCH₂OOH (R1); CH₂O₂＋H₂O®HCO＋OH＋H₂O (R2); CH₂O₂＋H₂O®HCHO＋H₂O₂ (R3), 各通道的势垒高度分别为43.35, 85.30和125.85 kJ/mol. 298 K下主反应通道(R1)的经典过渡态理论(TST)与变分过渡态理论(CVT)的速率常数k^TST与k^CVT均为2.47×10^－17 cm³•molecule^－1•s^－1, 而经小曲率隧道效应模型(SCT)校正后的速率常数k^CVT/SCT为 5.22×10^－17 cm³•molecule^－1•s^－1. 另外, 还给出了200～2000 K 温度范围内拟合得到的速率常数随温度变化的三参数Arrhenius方程.     

以6-甲基-2,3,5-吡啶三酸为配体的过渡金属配合物的合成、结构与性质

以6-甲基-2,3,5-吡啶三酸为配体和过渡金属盐反应,合成出2个新颖的金属配位聚合物{[Cu(Hmptc)(H₂O)]·2H₂O}_n(1)和{Cd(Hmptc)(H₂O)}_n(2)(H₃mptc=6-甲基-2,3,5-吡啶三酸)。配合物1存在具有四边形孔道的二维网状结构。配合物2中的Cd(Ⅱ)中心通过Hmptc²-配体连接成为类似于笼状的二维层状结构,进一步由氢键相互作用连接成三维超分子结构。配合物2存在蓝绿色荧光。     

Dawson结构(NH4)6P2Mo18O62·12H2O纳米粉体的室温固相合成及形成机理

以H₆P₂Mo₁₈O₆₂·23H₂O和(NH₄)₂C₂O₄·H₂O为原料，首次采用室温固相反应合成出(NH₄)₆P₂Mo₁₈O₆₂·12H₂O纳米粉体，并运用元素分析、FTIR、XRD、TEM、TG-DTA和BET等技术对其组成、结构和性能进行了表征。发现(NH₄)₆P₂Mo₁₈O₆₂·12H₂O纳米粉体平均粒径为40 nm，保留着杂多阴离子的Dawson结构，具有Dawson结构的特征衍射峰，比表面积为143.9 m²·g^-1，在445 ℃以下杂多阴离子有良好的热稳定性。在该固相反应中，研磨和放热反应热能可加速反应物分子的扩散速率和生成物分子的成核速率，使产物粒径减小；反应物含有结晶水和生成物H₂C₂O₄·2H₂O对形成小粒径的(NH₄)₆P₂Mo₁₈O₆₂·12H₂O纳米粉体起关键作用。