固体酸催化材料1:多金属氧酸盐
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1.多金属氧簇及多钒氧酸盐的概述多金属氧簇是一类由氧原子与金属原子(一般为过渡金属原子)通过配位键连接,形成的大分子金属氧簇化合物(简称POMs)[1-2],POMs 根据组成不同分为同多金属氧酸盐和杂多金属氧酸盐也就是同多酸和杂多酸。
常见的金属杂原子有P、 Si、Ge、As、Fe 等,中心原子以 W、 Mo 为主。
经典的多酸结构已经熟为人知,包括Keggin 结构(见图1a)、Anderson 型、Dawson 型(见图 1b)多酸化合物以及Silverton, Waugh, Lindqvist 等杂多酸的基本构型,后面又得到了单缺位(见图1c)、双缺位(见图1d)、三缺位(见图1f)等缺位型杂多酸以及离子型、取代型多酸结构框架[3],如图1所示。
刘江平 张 洁 曾 岗 秦船鑫重庆三峡医药高等专科学校,重庆 万州 404120多钒氧酸盐 在催化氧化反应中的应用研究 一直以来,多金属氧酸盐(简称多酸,缩写POMs)由于结构的新颖性和多变性以及在催化、电化学、磁性和光化学等各领域潜在的应用价值,备受化学工作者的关注。
在各种均相和非均相催化体系中也被选为氧化催化剂使用。
其中,钒取代杂多酸作为多酸的一个重要分支,已经被广泛用于均相、多相、工业和生物氧化过程中。
文章综述总结了近几年多钒氧酸盐在硫醚氧化反应和烯烃环氧化反应的最新研究进展。
【关键词】多钒酸盐;催化;烯烃;环氧化;脱硫;非均相作者简介:刘江平,重庆三峡医药高等专科学校讲师,主要从事化学教育及相关科学研究。
项目基金:重庆市教委科学技术研究项目(编号:KJQN202202723)。
图1 多酸阴离子结构示意图由于多酸化合物构型和种类繁多,变化多样,以及在催化、电化学、磁性和光化学等各领域潜在的应用价值,化学工作者们将主要精力放在研究以钨、钼、钒为杂原子的多酸阴离子缩合产物[4-7]。
多钒氧酸盐 ( polyoxovanandates,POVs)作为多金属氧簇的一个重要分支,吸引了广大化学爱好者的注意[8-9]。
多金属氧酸盐负载脱硫研究王紫东【摘要】环境污染已使得地球的自净能力不堪重负,而气候变化也已使人类的生存环境不断恶化.多金属氧酸盐催化分子氧或者H2O2氧化脱硫反应活性较高,操作条件温和且无污染,是目前十分具有应用前景的新型氧化脱硫催化剂.将多金属氧酸盐阴离子结合分子尺寸较大的阳离子表面活性剂或离子液体,不仅能提高多金属氧酸盐的催化氧化脱硫能力,而且使易溶于极性溶剂的多金属氧酸盐催化剂实现了重复利用.但经修饰的多金属氧酸盐催化剂制备步骤繁琐、稳定性低,制约其大规模工业化的应用.因此,利用多金属氧化物的特性,开发活性高、耗氧少、重复性好且适用于工业化生产需要的负载型多金属氧化物催化剂,是催化氧化脱硫反应的重要研究方向.【期刊名称】《世界有色金属》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】3页(P135-136,140)【关键词】keggin结构;多金属氧酸盐制备与筛选;红外谱图;电镜检测;杂多酸负载;氧化还原循环【作者】王紫东【作者单位】东华大学,上海 201620【正文语种】中文【中图分类】X524课题分别采用含有聚乙烯亚胺(PEI)组分和三羟甲基氨基甲烷(Tris)基团的多孔纳米纤维素海绵与多金属氧酸盐结合来制备多孔纳米纤维素/多金属氧酸盐复合材料并研究其催化氧化脱硫的性能以期获得一类新的,环境友好的,在催化反应结束后可以直接从反应体系中取出,无需进行额外分离操作就可以进行循环使用的催化材料。
通过FT-IR、Raman、SEM、TEM、XPS、XRD、N2吸/脱附、元素分析等方法对固载型多金属氧酸盐的结构进行表征和分析[1]。
1 实验设计利用多酸化合物的性质可以实现负载修饰来改进催化工艺,提高催化效率。
研究过程分为制备多酸原料,表征和对比筛选与原理分析几个步骤进行。
合成:通过控制反应条件,合成含有Co、Mn的多金属氧酸盐催化剂。
采用如下方案进行初期合成:SiW10、GeW10+金属离子(Co、Mn)+P、V;金属离子(Co、Mn)+NaWO4+P、Si、V。
多酸化学简介多酸化学是无机化学中的一个重要研究领域,至今已有一百多年的历史。
多酸是由两个或两个以上的无机含氧酸酐酸化后缩合脱水得到的一类化合物,由同种酸酐酸化缩合脱水而成的多酸称为同多酸,如焦硫酸H2S2O7,焦磷酸H4P2O7,三聚磷酸H5P3O10等;由不同种酸酐酸化缩合脱水而成的多酸称为杂多酸,如钨磷酸H3PW12O40和钼磷酸H3PMo12O40等。
杂多酸(Polyoxometalate,Heteropoly Acid 简称HPA),是一类早已为人们所熟悉的无机高分子化合物,自1826年J.Berzerius成功的合成了第一个杂多酸——12-钼磷铵((NH4)3PMo12O40·nH2O),距今已有170多年的历史了,但对它系统的研究在70年代才开始,如今多酸化学已成为无机化学中重要研究领域之一。
近年来多酸化学发展迅速,除了在理论方面有重要进展外,在应用方面也取得了突破性进展。
由于多酸结构优异,可望在功能材料方面,诸如高质子导体、非线性光学材料、磁性材料方面有所作为。
杂多酸(盐)具有许多特殊的性质:组分比较简单,结构确定,兼具配合物和金属氧化物的结构特征。
杂多酸(盐)是多电子氧化剂,同时又是强质子酸,其氧化性可通过改变组成的方式来改变,这有利于催化剂设计;许多杂多酸(盐)都溶于水和含氧有机极性溶剂中,其溶液一般比较稳定;固态杂多酸(盐)对热是稳定的,这些性质可是杂多酸(盐)用作均相和多相氧化型催化剂和酸型催化剂或双功能催化剂。
杂多酸中杂原子(如P、Si)和多原子(如W、Mo)按一定结构通过氧原子配位桥联组成一类配合化合物。
在杂多酸中,杂多阴离子中的杂原子的结构类型有四面体型、八面体型、二十面体型三类。
四面体型又有1:12系列的Keggin结构和Dawson结构;八面体型的杂阴离子有1:6系列和1:9系列两个系列;二十面体型的杂阴离子主要是1:12系列。
在这几种结构中,Keggin结构的杂多酸(盐)是最容易生成而又被广泛深入研究的杂多化合物,在Keggin结构中杂多阴离子[XM12O40]n-的结构为一级结构,是由12个MO6八面体围绕一个中心XO4四面体所构成.杂多阴离子与反荷阳离子组成二级结构。
固体杂多酸催化剂
固体杂多酸催化剂是一种固体酸催化剂,由多种酸性中心构成的复杂多酸结构组成。
它具有良好的酸性和催化活性,在多种有机反应和氧化反应中都有广泛应用。
固体杂多酸催化剂的特点包括:
1. 高酸性:固体杂多酸催化剂通常具有较强的酸性,可以提高催化反应的速率和选择性。
2. 热稳定性:由于其固态结构,固体杂多酸催化剂具有较好的热稳定性,能够在高温条件下仍然保持催化活性。
3. 可重复使用:固体杂多酸催化剂可以进行多次反复使用,不易失活,具有较长的使用寿命。
4. 环境友好:固体杂多酸催化剂通常是无毒无害的,不会对环境造成污染。
固体杂多酸催化剂在化学工业中的应用非常广泛,例如在有机合成中用于酯化、醇酸化、环化反应等;在氧化反应中用于氧化剂的催化还原和有机废气处理等等。
它的应用潜力很大,未来有望进一步拓展。
多酸催化反应的研究作者:郑继军聂婧思姜惠康刘亚冰来源:《科学导报·学术》2020年第67期【摘要】多金属氧酸盐是一类具有独特构造和化学性质的簇聚物。
由于其在能量、催化、光学、材料等具有潜在的价值,已成为化学研究的热点领域。
本文综述了近些年来多酸作为环境友好型催化剂在化学反应催化方面的应用:光催化降解、电催化还原、CO2环加成反应、烯烃环氧化。
【关键词】多金属氧酸盐;催化;氧化还原引言多金属氧酸盐又称多酸,是一类由过渡金属和氧相结合而成的化合物,具有高负电荷、大分子量、极性溶剂中良好的溶解性和结构多样可变等特点。
距J.Berzerius合成的12-钼磷酸铵(NH4)3PMo12O40·nH2O第一个多酸—以来,多酸化学已有近两百年历史。
多酸不仅是一种高效、绿色的催化剂,同时还能催化多种类型反应,例如光催化降解、电催化还原、CO2环加成反应、烯烃环氧化反应。
一、光催化反应解-吸有机物近年来,能将以阳光为能量的光催化技术应用于科研工作者关注的重点。
多酸的光敏性质早在1916被Rindel M.S发现,他发现R-Keggin钨酸盐H3[PW12O40]可以被光还原而生成一种蓝色物质,且该物质可以被空气再氧化。
Kirandeep等[1]通过溶剂热法在酸性条件下将配体咪唑和5-硝基间苯二甲酸分别与Co(CH3COO)2·4H2O/Zn(NO3)2·6H2O进行反应,合成了两组具有高效吸附性能的[Co(api)(nita)]·DMF和[Zn2(api)2(nita)2]·DMF多酸盐,研究发现,Co-MOF 在酸性介质pH =3,接触时间30min条件下,Co-MOF对MO的吸附率为56%,相较于Zn的36%,Co被发现是表现出显著良好结果的最佳系统,具有良好的吸附性能。
二、电催化还原多酸催化剂通过非均相氧化反应来激活电极表面,促使与底物发生反应使失活介质再生。
一种固体酸的制备方法固体酸是指在常温下呈固体形态的酸,它具有广泛的应用领域,例如催化剂、酯化反应、裂解石蜡等。
下面将介绍一种制备固体酸的方法。
1.材料准备为了制备固体酸,我们需要准备以下材料:-无水金属硫酸盐(如无水硫酸铝、无水硫酸钽等)-无水氧化物(如二氧化钛、二氧化锆等)-有机酸(如甲酸、柠檬酸等)-水合矿物(如蒙脱石、沸石等)-溶媒(如甲醇、乙醇等)2.制备无水盐酸首先,我们需要制备无水盐酸。
取适量的盐酸溶液,然后通过水浴加热,去除其中的水分,直到得到无水盐酸。
这可以通过将盐酸溶液移入加热瓶中,然后用直接加热或加热器加热至溶液开始升温,产生水蒸气。
随着加热的继续,水蒸气会从容器中释放出来,从而得到无水盐酸。
3.制备固体酸在制备固体酸的过程中,我们通常使用固定床反应器。
首先,将无水金属硫酸盐和无水氧化物按一定的摩尔比例混合。
这一步的目的是将金属硫酸盐和氧化物进行反应,生成金属酸。
例如,可以将无水硫酸铝和二氧化钛按1:1的摩尔比例混合。
然后,在金属酸中加入适量的有机酸。
这一步的目的是用有机酸对金属酸进行负离子交换,从而生成固体酸。
例如,可以将甲酸加入金属酸中。
最后,将得到的混合物装入固定床反应器中,通过脱水和煅烧的工艺来消除其中的水分,并使金属酸形成均匀的结构。
温度和时间的选择应根据所制备固体酸的性质进行优化。
4.固体酸的性能测试与应用制备完成后,可以对固体酸进行性能测试和应用。
常用的测试方法包括氨脱解测试、铝热性能测试、比表面积测试等。
对固体酸的性能进行评价后,可以将其应用于相应的领域。
需要注意的是,固体酸的制备过程中应注意安全操作。
例如,盐酸具有刺激性,应避免接触眼睛和皮肤。
同时,在加热过程中应控制温度,避免因温度过高而引发化学反应或产生危险气体。
综上所述,通过以上的方法可以制备出固体酸。
然而,这只是一种制备固体酸的方法,实际上,还有许多其他方法可以制备固体酸,如固相法、溶胶凝胶法等。
不同的方法适用于不同的酸性材料,因此在实践中应选择最合适的方法来制备所需的固体酸。