CN109021001A - 一种有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物及其制备方法,属于混配型多酸化合物的合成技术领域。本发明的技术方案要点为:以Nb/W混配型多酸为前驱体,将有机硼酸和稀土元素引入前驱体中得到同时含有有机硼酸和稀土元素配位的多酸‑稀土‑有机硼酸化合物,其分子式为H4{Er3[3‑PyB(OH)3]4(H2O)12P2W15Nb3O62}·19H2O,该化合物中阴离子为一个二聚的结构,两个Dawson型{P2W15Nb3O62}片段通过两个Ot(Nb)‑Er‑Ot(Nb)桥连接在一起,每个3‑PyBA作为双齿配体与一个Er通过两个Er‑OH‑(B)键结合,本发明的制备工艺简单且成本相对低廉。
Description
技术领域
本发明属于混配型多酸化合物的合成技术领域,具体涉及一种有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物及其制备方法。
背景技术
多金属氧酸盐(Polyoxometalates,简写POMs),简称多酸,是一类离散的阴离子金属氧簇化合物,凭借其独特的结构和组成多样性以及在催化、医药、物理化学、分析化学、材料科学等方面的潜在的应用价值,受到越来越多的化学研究者的关注,多酸化学也成为无机化学一个很重要的研究领域。多酸可以看作是多齿氧配体,其表面有足够的电荷密度,这使得多酸可以和很多亲氧性的基团,比如过渡金属离子、稀土离子或有机金属基团等相连形成衍生物。其中,稀土离子以其强大的配位能力和亲氧性以及它们特有的荧光、催化和磁学性质,吸引了人们极大的兴趣,将它们引入到多金属氧酸盐中,合成多酸的稀土衍生物已经成为多酸化学领域的一大热点。
多铌酸盐是多酸化学中一个重要的分支,因为其在抗病毒治疗、原子能工业废料处理等方面均有潜在的利用价值。用NbV来取代WVI或者MoVI不仅能够增加多酸的负电荷,使得Ot(Nb)比Ot(W)的亲核性更强;另一方面,Nb/W型混配多酸在酸性水溶液中能稳定存在,因此,可作为镧系离子(LnIII)的无机多齿配体。目前,已有很多报道了具有新型结构的镧系Ln-POMs复合体。且将有机配体加入到Ln-POM体系中可以进一步调整它们的物理和化学性质。并且,镧系化合物与有机配体和POM配体(Org-Ln-POMs)体系都很少见且已报道有机配体主要有羧酸、酒石酸、吡啶羧酸、氨基酸有机磷酸酯和有机锡配体等。
在此基础上,本发明将有机硼酸引入该Org-Ln-POMs体系,硼酸是含硼的三价有机化合物,每个硼原子只有6个价电子和一个空的p轨道。这一特性赋予它们独特的路易斯酸的特性,不像它们的羧酸类似物,它们大多是质子的供体。硼酸可以与路易斯碱形成络合物,并广泛应用于有机合成中。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种结构新颖的有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物及其制备方法。
本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案,一种有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物,其特征在于:以Nb/W混配型多酸为前驱体,将有机硼酸和稀土元素引入前驱体中得到同时含有有机硼酸和稀土元素配位的多酸-稀土-有机硼酸化合物,该化合物中阴离子为一个二聚的结构,两个Dawson型{P2W15Nb3O62}片段通过两个Ot(Nb)-Er-Ot(Nb)桥连接在一起,每个3-PyBA作为双齿配体与一个Er通过两个Er-OH-(B)键结合,其分子式为H4{Er3[3-PyB(OH)3]4(H2O)12P2W15Nb3O62}·19H2O,代号为BA-Er-POM。
本发明所述的有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物的制备方法,其特征在于具体步骤为:
步骤S1:将K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O固体溶于去离子水中,搅拌溶解为澄清的黄色溶液,再向溶液中加入NaHSO3并搅拌使其还原至无色溶液;
步骤S2:向步骤S1得到的无色溶液中依次加入稀土盐ErCl3和吡啶-3-硼酸,再用盐酸溶液调节混合体系的pH值为5~6,在水浴条件下搅拌回流反应得到澄清的反应液,再将反应液于室温下静置得到针状晶体即有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物。
优选的,步骤S1中所述K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O与NaHSO3的投料质量比为5~12.5:1~2。
优选的,步骤S2中所述稀土盐ErCl3、吡啶-3-硼酸与K8H[P2W15(NbO2)3O59]·12H2O的投料质量比为2:1:20~50。
本发明首次合成了有机硼酸修饰的混配型多酸稀土化合物,首次使用有机硼酸,从而得到一类具有新颖结构的多酸化合物,该化合物阴离子为一个二聚的结构,两个Dawson型{P2W15Nb3O62}片段通过两个Ot(Nb)-Er-Ot(Nb)桥连接在一起,每个3-PyBA作为双齿配体与一个Er通过两个Er-OH-(B)键结合。
附图说明
图1为实施例1制得的BA-Er-POM的晶体结构图;
图2为实施例1制得的BA-Er-POM的红外吸收光谱图;
图3为实施例1制得的BA-Er-POM的热重分析光谱图;
图4为实施例1制得的BA-Er-POM的粉末XRD图谱。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明,但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例,凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
步骤S1:将0.2g K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O固体溶于15mL去离子水中,搅拌溶解为澄清的黄色溶液,再向溶液中加入0.04g NaHSO3并于80℃水浴中搅拌大约20min使其还原至无色溶液;
步骤S2:向步骤S1得到的无色溶液中依次加入0.02g稀土盐ErCl3和0.01g吡啶-3-硼酸,再用1mol/L的盐酸溶液调节混合体系的pH值为6左右,在80℃的水浴条件下搅拌回流反应得到澄清的反应液,再将反应液于室温下静置得到针状晶体BA-Er-POM。
实施例2
步骤S1:将0.22g K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O固体溶于20mL去离子水中,搅拌溶解为澄清的黄色溶液,再向溶液中加入0.05g NaHSO3并于80℃水浴中搅拌大约20min使其还原至无色溶液;
步骤S2:向步骤S1得到的无色溶液中依次加入0.02g稀土盐ErCl3和0.01g吡啶-3-硼酸,再用1mol/L的盐酸溶液调节混合体系的pH值为5左右,在80℃的水浴条件下搅拌回流反应得到澄清的反应液,再将反应液于室温下静置得到针状晶体BA-Er-POM。
实施例3
步骤S1:将0.3g K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O固体溶于25mL去离子水中,搅拌溶解为澄清的黄色溶液,再向溶液中加入0.08g NaHSO3并于80℃水浴中搅拌大约20min使其还原至无色溶液;
步骤S2:向步骤S1得到的无色溶液中依次加入0.02g稀土盐ErCl3和0.01g吡啶-3-硼酸,再用1mol/L的盐酸溶液调节混合体系的pH值为6左右,在80℃的水浴条件下搅拌回流反应得到澄清的反应液,再将反应液于室温下静置得到针状晶体BA-Er-POM。
实施例4
步骤S1:将0.5g K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O固体溶于20mL去离子水中,搅拌溶解为澄清的黄色溶液,再向溶液中加入0.08g NaHSO3并于80℃水浴中搅拌大约20min使其还原至无色溶液;
步骤S2:向步骤S1得到的无色溶液中依次加入0.02g稀土盐ErCl3和0.01g吡啶-3-硼酸,再用1mol/L的盐酸溶液调节混合体系的pH值为5左右,在80℃的水浴条件下搅拌回流反应得到澄清的反应液,再将反应液于室温下静置得到针状晶体BA-Er-POM。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点,本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明原理的范围下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。
Claims (4)
1.一种有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物,其特征在于:以Nb/W混配型多酸为前驱体,将有机硼酸和稀土元素引入前驱体中得到同时含有有机硼酸和稀土元素配位的多酸-稀土-有机硼酸化合物,该化合物中阴离子为一个二聚的结构,两个Dawson型{P2W15Nb3O62}片段通过两个Ot(Nb)-Er-Ot(Nb)桥连接在一起,每个3-PyBA作为双齿配体与一个Er通过两个Er-OH-(B)键结合,其分子式为H4{Er3[3-PyB(OH)3]4(H2O)12P2W15Nb3O62}·19H2O,代号为BA-Er-POM。
2.一种权利要求1所述的有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物的制备方法,其特征在于具体步骤为:
步骤S1:将K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O固体溶于去离子水中,搅拌溶解为澄清的黄色溶液,再向溶液中加入NaHSO3并搅拌使其还原至无色溶液;
步骤S2:向步骤S1得到的无色溶液中依次加入稀土盐ErCl3和吡啶-3-硼酸,再用盐酸溶液调节混合体系的pH值为5~6,在水浴条件下搅拌回流反应得到澄清的反应液,再将反应液于室温下静置得到针状晶体即有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物。
3.根据权利要求2所述的有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物的制备方法,其特征在于:步骤S1中所述K5Na4[P2W15O59(NbO2)3]·17H2O与NaHSO3的投料质量比为5~12.5:1~2。
4.根据权利要求2所述的有机硼酸修饰的多金属氧酸盐的稀土衍生物的制备方法,其特征在于:步骤S2中所述稀土盐ErCl3、吡啶-3-硼酸与K8H[P2W15(NbO2)3O59]·12H2O的投料质量比为2:1:20~50。
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