新型金属氧簇的合成及其对亚甲基蓝催化降解性能的探索

摘要

本论文主要以缺位型的杂多金属氧簇为无机模板剂,通过诱导过渡金属团聚成簇来制备金属有机配体修饰改性的新型杂多金属氧簇(TMSPs),从而克服传统杂多金属氧簇的易溶于水、易流失以及对可见光的利用率低的缺陷,并将其应用于光催化实验中。采用水热合成法,通过调节起始原料浓度及配比,反应温度,反应时间,体系的pH范围等条件,制备了五种新型的TMPs,并对化合物进行了X-射线单晶衍射、元素分析、IR、PXRD等表征以及固体紫外性质,固体荧光性质的研究,最后对其进行光催化实验,初步探索其对亚甲基蓝溶液的催化降解效果。
　　综合利用水热合成法及常规水溶液法,合成出一个基于{PW9O34}簇的夹心型TMPs,[K11HCd4Cl2(PW9O34)2]·18H2O(1):单斜晶系,C2/c空间群,晶胞参数:a=19.2997(4)A,b=13.8014(3)A,c=31.9819(8)A;β=102.764(2)°;V=8308.3(3)A3;Z=4;R1=0.0378,wR2=0.0989。
　　固体荧光和固体紫外可见光谱中的特征峰均可归属为[B-α-PW9O34]9–构筑块中O→W的电子跃迁,利用Kubelka–Munk方程将其固体紫外可见光谱进行转换,得到1的能带间隙值Eg=3.25eV。
　　利用水热合成法,以无机含氧酸盐,过渡金属盐以及2,2'-联吡啶为起始原料,合成出两个分别基于{AsMo12O40}簇和{AsW12O40}簇的新型TMPs,[Cu(2,2'-bipy)2]2[AsMo12O40]Cl(2):三斜晶系,P-1空间群,晶胞参数:a=12.6462(3)A,b=14.5837(3)A,c=18.1193(4)A;α=96.8346(19),β=96.9577(19),γ=100.995(2)°;V=3221.40(13)A3;Z=2;R1=0.0343,wR2=0.086。[Fe8O6(2,2'-bipy)8(H2O)8(AsO4)2][AsW12O40]·H2O(3):单斜晶系,C2/m空间群,晶胞参数:a=16.4304(2)A,b=20.1267(4)A,c=18.8428(3)A;β=95.7989(14)°;V=6199.20(18)?3;Z=2;R1=0.0540,wR2=0.1353。
　　化合物2、3的激发峰位置均在364nm处(λexc=264nm),这是由分子内部的2,2'-bipy发生电子π*–π跃迁引起的;同时,在可见光照条件下,这两种化合物对亚甲基蓝溶液具有很好的光催化降解效果,降解率分别为52.1％和89.9%,且催化降解后对2和3进行了PXRD测试,发现2和3的结构骨架基本不变,说明其结构稳定。
　　利用水热合成法,合成出两个过渡金属簇原位取代单个缺位簇上缺位的新型TMSPs,{[Cu(deta)(H2O)2]2[Cu(deta)(H2O)][α-SiCuW11O39]}·5H2O(4)和[Ni(en)2][Ni6(μ3-OH)3(H2O)6(en)3(B-α-SiW9O34)]2·3H2O(5)。4:单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数:a=11.08313(17)?,b=22.8430(5)A,c=22.4297(4)A;β=98.4231(16)°;V=5617.31(17)A3;Z=4;R1=0.0613,wR2=0.1335。5:单斜晶系,P21/n空间群,晶胞参数:a=12.88531(11)?,b=23.4526(2)A,c=31.9819(8)A;β=101.8760(9)°;V=5011.09(8)A3;Z=2;R1=0.0348,wR2=0.1207。
　　化合物4的固体荧光光谱中,在λem=424nm处的吸收峰可归属为[SiCuW11O39]6-中O→W的电子跃迁,而化合物5中{Ni6}簇取代{SiW9O34}簇上缺位后,增加了氧簇上电荷的流动性,从而在λem=468nm处产生荧光现象。在可见光照下,4和5对MB的催化降解作用均很明显,降解率分别为90.7%和94.1%,实验后,对回收后的催化剂进行PXRD测试,其结构保持不变,间接证明其结构具有很好的稳定性。

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英文摘要

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 杂多金属氧簇的发展概况

1.3 POMs的应用研究

1.4 水热合成法

1.5 POMs的研究现状

1.6 本课题取得的研究成果

第2章 实验药品及仪器

2.1 实验药品及仪器

2.2 表征手段

第3章 新型的四核镉簇夹心取代型磷钨酸盐的合成及性质研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 两种以金属有机配体修饰的新型饱和Keggin型氧簇的合成及性质研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 两种以过渡金属簇原位取代的单个缺位簇的合成及性质研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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