CN110342470A - 一种新型过氧钨酸盐稀土衍生物及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型过氧钨酸盐稀土衍生物及制备方法,衍生物的化学式为Cs5[H6Dy(H2O)4P4W6(O2)6(OH)2O28]·18H2O,该化合物属于正交晶系,Pnma空间群,晶胞参数为:a=17.0505Å,b=28.1159,c=10.0844,α=β=γ=90°,V=48343Å3。利用常用的钨酸钠、磷酸和稀土氯化物在双氧水存在的常规水溶液条件下反应制得。该材料具有一定的发光性能,荧光寿命为8.72μs;此外其制备工艺简单且易于操作,使用原料廉价易得,产物收率高,纯度高,有潜在的应该用前景。
Description
技术领域
本发明涉及多酸化学新材料技术领域,具体涉及一种新型过氧钨酸盐稀土衍生物及制备方法。
背景技术
多金属氧酸盐(polyoxometalates)简称多酸(POMs),它是由两个或两个以上的含氧酸分子经缩合去水而形成的一类具有独特结构和性质的化合物,它不仅具有丰富的结构类型,而且在多个领域比如催化、生物医药以及材料科学等方面均取得了许多令人瞩目的成就(Proust A, Matt B, Villanneau R,Chemical Society Reviews, 2012, 41(22):7605–7622;Zhou J, Zhao J, Wei Q,Journal of American Chemical Society, 2014,136: 5065–5071;Rhule J T, Hill C L, Judd D A,Chemical Reviews, 1998, 98: 327–357;Long D L, Rsunashima T, Ronin L C,Angew Chem Int Ed, 2010, 10: 1736–1758;PopeM T, MüllerA,Angew. Chem. Int. Ed. 1991, 30: 34–48;Clemente-Juan J M,Coronado E, Gaita-ArinoA,Chemical Society Reviews, 2012, 41: 7464–7478;Dolbecq A, Dumas E, Mayer C R, Chemical Reviews, 2010, 110(10): 6009–6048;Long DL, Burkholder E, Cronin L,Chemical Society Reviews, 2007, 36(1): 105–121)。我们常见的六大经典结构的多酸是由高价态的前过渡金属V、Nb、Ta、Mo、W通过与氧原子形成{MO6}八面体,并以共边、共角或共面等连接方式而形成的多金属氧簇(DolbecqA,Dumas E, C Mayer R,Chemical Reviews,2010, 110: 6009‒6048;MirasH N, Vilà-nadalL, Cronin L,Chemical Reviews,2014, 43: 5679‒5699;Hill C L, Prosser-Mccartha C M, Coordination Chemical Reviews, 1995, 143: 407‒455)。
作为多金属氧酸盐中的一个分支,多钨氧酸盐具有丰富的结构类型,不仅具有可调控的尺寸,而且也具有较强的配位能力。在一定条件下,可以使阴离子结构的桥氧和端氧活化,使得一些多钨氧酸盐可以作为构筑块。以同多钨酸阴离子为构筑块,由过渡金属及稀土配合物的方式构筑的多酸一直以来都是多酸化学家们研究的热点内容之一(SadakaneM, Steckhan E,Chemical Reviews, 1998, 98, 219–238;Long D L, BurkholderE,CroninL, Chemical SocietyReviews, 2007, 36, 105–121)。这类化合物不仅具有新颖的结构,而且在目前研究的热门领域(例如:催化、光、电、荧光、磁性以及药物化学)也都具有潜在的应用价值(CoronadoE, Gómez-GarcíaC J,Chemical Reviews,1998, 98, 273–296;RhuleJ T, HillC L,JuddD A, SchinaziR F,Chemical Reviews, 1998, 98, 327–358;KatsoulisD E, Chemical Reviews, 1998, 98, 359–388)。
经文献调研,在酸化钨酸盐后钨酸根会缩合成多钨酸根,用方程式表示为aWO4 2–+2b H+→[WaO4a-b]m– + b H2O,常见的多钨氧簇是由WO6八面体通过共角或共边连接形成。虽然目前报道的多钨酸的种类较多,但是含有过氧的钨酸盐很少。自Frederick W. B.einstein和Bruce R. Penfold等人1964年合成了首例过氧钨化合物[W2O3(O2)4(H2O)}2]2–以来,一系列含有过氧的同多和杂多钨酸盐迅速被报道。而其中大部分过氧钨酸盐是同多过氧钨酸盐,主要有[WF4O(O2)]2–, [W4O8(O2)6(CO3)]6–, [WO(O2)2(C2O4)]2–, [W(TPP)(O)(O2)], [W(O2)4]2–, [{H(SO4)W3O7(O2)2}2O]4–, [(RPO3){WO(O2)2}2{WO(O2)2H2O}]2–(R = Ph,Me, Et, Bun, But), [W4O6(O2)6(OH)2(H2O)2]2–, [W4O12(O2)2]4–, [W2O3(O2)4(H2O)}2]2–,[W7O22(O2)2]6–,[Ln4(WO4)(H2O)16{W7O22(O2)2}4]14–, (Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Tb, Er)(参见StombergR, Acta Chemical. Scandinavica. A, 1985, 39, 507–514;StombergR,Olson S, Acta Chemica Scandinavica,1985, 39A, 79–83;YangC, DzuganS J,GoedkenV L, Journal of Chemical Society, Dalton Transaction, 1985, 1425–1426.StombergR,J Less Common Metals, 1988, 143, 363–371;HashimotoM andIwamotoT,Polyhedron, 1991, 10, 649–651;GriffithW P, ParkinB C, WhiteA J P,Williams D J, Journal of. Chemical Society, Dalton Transanctions, 1995, 19,3131–3135; OzekiT,YamaseT,Bulletion of the Chemical Society of Japan, 1997,70, 2101–2105;BeinsteinF W, PenfoldB R,Acta Crystallographica, 1964, 17,1127–1133;AubryC, ChottardG, PlatzerN,Inorganic Chemistry, 1991, 30, 4409–4415; SuzukiH, HashimotoM,OkeyaS,European Journal of Inorganic Chemistry,2004, 13, 2632–2636;Song L, Zhang D, Ma P,CrystEngComm, 2013, 15(23): 4597–4600)。
相对于过氧同多钨酸盐来说。到目前为止,已经被报道的杂多钨酸盐很少,仅有2类含有过氧的杂多钨酸阴离子,主要有:[XO4(WO(O2)2}4]3–(X = As, P)和[HPO4{WO(O2)2}2]2–(VenturelloC, AloisioR D, BartC J, RicciM,J. Molecular Catalysis, 1985, 32,107–110;AubryC, ChottardG, PlatzerN,Inorganic Chemistry, 1991, 30, 4409–4415;DengelA C, GriffithV P, ParkinB C,Journal of Chemical Society, DaltonTransaction, 1993, 2683–2688),因此无论从数量还是结构类型上,过氧杂多钨酸盐的报道都是十分有限的。综上所述,对于过氧杂多钨酸盐的研究仍需加强,而且到目前为止还未见过氧杂多钨酸盐的稀土衍生物被报道。
发明内容
本发明提出了一种新型过氧钨酸盐稀土衍生物及制备方法,弥补了现有过氧杂多钨酸盐的不足。
实现本发明的技术方案是:
一种新型过氧钨酸盐稀土衍生物,衍生物的化学式为Cs5[H6Dy(H2O)4P4W6(O2)6(OH)2O28]·18H2O,该化合物属于正交晶系,Pnma空间群,晶胞参数为:a = 17.0505 Å,b =28.1159,c =10.0844,α=β=γ =90°,V= 48343Å3。
所述的新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,包括以下步骤:
(1)将Na2WO4·2H2O加入到含有H2O2和蒸馏水的混合液中搅拌,然后迅速加入HCl并持续搅拌,再迅速加入H3PO4搅拌,调节pH为3.5-4.0,于90 ℃水浴加热1 h;
(2)待步骤(1)溶液冷却后,在搅拌的条件下加入CsCl,搅拌20 min后,再向溶液中加入DyCl3·6H2O溶液,继续室温搅拌20-30 min后调节溶液的pH至1.7,常温搅拌12 h后将滤液过滤,封膜后并置于室温下挥发,一周后得到无色块状晶体。
所述Na2WO4·2H2O、H3PO4、CsCl和DyCl3·6H2O的物质的量之比为1:(0.5-1):1:(0.2-0.5)。
所述步骤(1)中H2O2和蒸馏水以1:(12-15)体积比形成混合液。
所述HCl和H3PO4溶液的浓度均为1moL/L。
本发明新型过氧钨酸盐稀土衍生物的结构描述如下:化合物分子包含5个Cs+离子,1个[H6Dy(H2O)4P4W6(O2)6(OH)2O28]5-聚阴离子和18个结晶水分子组成。X-射线单晶衍射分析结果表明,[Dy(H2O)4P4W6(O2)6(OH)2O28]11-(1a)阴离子单元可以看作为由1个[P4W6(O2)6(OH)2O28]14−(P4W6)亚单元通过2个P−O−Dy键与[Dy(H2O)4]3+连接而形成,并且每一个这样的不对称单元通过Dy原子连接形成一维链状结构(如图1e所示)。而P4W6亚单元又可拆分为两个相同的P2W3单元(如图1c所示),它可以看作是带有3个{WO7}单元的与{PO4}单元连接得到,其中的三个W原子通过1个μ 3-O,4个μ 2-O,1个端氧连接形成。值得注意的是,阴离子结构中的P2W3单元与P2T6(T=Nb, Ta)结构中的P2T3单元类似(Zhang D, Liang Z, Liu S,Inorganic Chemistry,2017,56(10): 5537–5543;Zhao S, Liang Z, Geng Q,CrystEngComm, 2017, 19(20): 2768–2774)。对该发明进行键价计算,结果表明其中的所有W为+6价、稀土原子Dy为+3价。我们对[Dy(H2O)4P4W6(O2)6(OH)2O28]11−中的所有氧原子进行了键价计算来定位这6个质子,结果表明6个质子是离域在整个多酸阴离子上,单晶解析是很难准确定位这些质子的位置,此现象在多酸领域中属于常见现象(Son J, Park D,Keszler D,Chem. Eur. J, 2015, 21(18): 6727–6731;Zhao S, Liang Z, Geng Q,CrystEngComm, 2017, 19(20): 2768–2774;Wang H., Li J, Sun J,Sci. Report, 2017,7(58): 36416–36420)。
一般来说,含稀土元素的材料由于其发光性能的优越性,在光转换技术,等离子体显示板,场发射显示器和发光二极管等方面有重要的应用(Wu H C, Yan B, Li H F,Inorg Chem, 2018,5713,7665-7675;WuHC, WanR, SiYN, Dalton Trans, 2018,47,1958-1965;Chen SM, Ma PT, Luo HH,Chem Commun, 2017, 53, 3709-3712)。因此借助FLS 980型的瞬态稳态荧光光谱仪,于室温下对所本发明得产物进行固态荧光测试。如图4所示,在500–750 nm范围内,Dy3+在388 nm激发波长下出现了3个特征发射峰,这3个特征发射峰从4F9/2→6H(15/2,13/2,11/2)分别归属于479、571和662 nm处的电子跃迁,其中571 nm处显示了强的发射谱带。通过对寿命衰减曲线的计算,发现本发明的寿命衰减曲线符合单指数函数拟合,拟合后得到荧光寿命为τ =8.72 μs,指前因子A1= 1964.60。因此本发明具有一定的发光行为。
本发明的有益效果是:1) 本发明提供的新型过氧钨酸盐结构清晰明确,是首例过氧钨酸盐的稀土衍生物;2) 本发明提供的新型杂多钽酸盐稳定性高,在室温下放置2-3个月仍然保存完好;3)本发明提供的新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法属于常见的水溶液制备方法,成本较低,制备工艺安全简单,易于操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明新型过氧钨酸盐稀土衍生物的结构图;
图2为本发明实施例1所得新型过氧钨酸盐稀土衍生物的X-射线粉末衍射谱图;
图3为本发明实施例1所得新型过氧钨酸盐稀土衍生物的红外光谱图;
图4为本发明实施例1所得新型过氧钨酸盐稀土衍生物在388 nm激发下的发射光谱;
图5为本发明实施例1所得新型过氧钨酸盐稀土衍生物荧光寿命衰减及其拟合曲线;
图6为本发明实施例1所得新型过氧钨酸盐稀土衍生物图在色度图上的位置图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,包括以下步骤:
将Na2WO4·2H2O (0.916 g, 2.78 mmol)加入到含有2 mL H2O2和25 mL蒸馏水的混合液中搅拌,然后将2 mLHCl (1moL/L) 迅速加入并持续搅拌,再将2 mL H3PO4(1moL/L)迅速加入,搅拌10分钟后,用NaOH(2moL/L)调节pH至3.6左右,80℃水浴加热3h后再依次加入CsCl和DyCl3·H2O,继续室温搅拌半小时后调节溶液的pH至1.70,常温搅拌12 h后将滤液过滤,封膜后并置于室温下挥发,约一周后得到无色菱形块状晶体,产率为5.0%。
Na2WO4·2H2O、H3PO4、CsCl和DyCl3×6H2O的物质的量比为1:1:1:0.5。
实施例2
新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,包括以下步骤:
将Na2WO4·2H2O (0.916 g, 2.78 mmol)加入到含有2 mL H2O2和25 mL蒸馏水的混合液中搅拌,然后将2 mLHCl (1moL/L) 迅速加入并持续搅拌,再将2 mL H3PO4(1moL/L)迅速加入,搅拌10分钟后,用NaOH(2moL/L)调节pH至3.63,80℃水浴加热3 h后再依次加入CsCl和DyCl3·H2O,继续室温搅拌半小时后调节溶液的pH至1.70,常温搅拌12 h后将滤液过滤,封膜后并置于室温下挥发,约一周后得到无色菱形状块状晶体,产率为5.6%。
Na2WO4·2H2O、H3PO4、CsCl和DyCl3×6H2O的物质的量比为1: 0.72: 1: 0.39。
实施例3
新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,包括以下步骤:
将Na2WO4·2H2O (0.916 g, 2.78 mmol)加入到含有2 mL H2O2和25 mL蒸馏水的混合液中搅拌,然后将2 mLHCl (1moL/L) 迅速加入并持续搅拌,再将2 mL H3PO4(1moL/L)迅速加入,搅拌10分钟后,用NaOH(2moL/L)调节pH至3.6左右,80℃水浴加热3 h后再依次加入CsCl和DyCl3·H2O,继续室温搅拌半小时后调节溶液的pH至1.70,常温搅拌12 h后将滤液过滤,封膜后并置于室温下挥发,约一周后得到无色长方形状块状晶体,产率为5.2%。
Na2WO4·2H2O、H3PO4、CsCl和DyCl3×6H2O的物质的量比为1:0.5: 1: 0.2。
对上述实例1中的产物进行检测,可知产物的化学式均为Cs5[H6Dy(H2O)4P4W6(O2)6(OH)2O28]·18H2O,本发明新型过氧钨酸盐稀土衍生物的晶体结构如图1所示,其中a和b为1a的结构图,c为半单元P3W6的球棍图,d为化合物中Dy原子的配位环境图,e为该发明的一维链状晶体结构图。
利用X-射线粉末衍射对本发明产物的纯净度进行测试,如图2所示,图中实测谱图与模拟图谱基本一致,说明用于催化性质研究的本发明衍生物是纯净的。图3为本发明新型杂多钽酸盐的红外光谱图,其中ν(O–O)的红外振动峰在885–854 cm–1之间,而ν(W–Ob)和ν(W–Ot)的振动均出现在942–579 cm–1之间,ν(P–O)的伸缩振动归属于1187–1081 cm‒1的吸收峰。
借助FLS 980型的瞬态稳态荧光光谱仪,对所得产物进行固态荧光测试。如图4所示,在500–750 nm范围内,Dy3+在388 nm激发波长下出现了3个特征发射峰,这3个特征发射峰从4F9/2→6H(15/2,13/2,11/2)分别归属于479、571和662 nm处的电子跃迁,其中571 nm处显示了强的发射谱带。通过对寿命衰减曲线的计算,发现本发明的寿命衰减曲线符合单指数函数拟合,拟合后得到荧光寿命为τ =8.72 μs,指前因子A1= 1964.60。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种新型过氧钨酸盐稀土衍生物,其特征在于:衍生物的化学式为Cs5[H6Dy(H2O)4P4W6(O2)6(OH)2O28]·18H2O,该化合物属于正交晶系,Pnma空间群,晶胞参数为:a =17.0505 Å,b =28.1159,c =10.0844,α=β=γ =90°,V= 48343Å3。
2.权利要求1所述的新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将Na2WO4·2H2O加入到含有H2O2和蒸馏水的混合液中搅拌,然后迅速加入HCl并持续搅拌,再迅速加入H3PO4搅拌,调节pH为3.5-4.0,于90 ℃水浴加热1 h;
(2)待步骤(1)溶液冷却后,在搅拌的条件下加入CsCl,搅拌20 min后,再向溶液中加入DyCl3·6H2O溶液,继续室温搅拌20-30 min后调节溶液的pH至1.7,常温搅拌12 h后将滤液过滤,封膜后并置于室温下挥发,一周后得到无色块状晶体。
3.根据权利要求2所述的新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,其特征在于:所述Na2WO4·2H2O、H3PO4、CsCl和DyCl3·6H2O的物质的量之比为1:(0.5-1):1:(0.2-0.5)。
4.根据权利要求2所述的新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,其特征在于:所述步骤(1)中H2O2和蒸馏水以1:(12-15)体积比形成混合液。
5.根据权利要求2所述的新型过氧钨酸盐稀土衍生物的制备方法,其特征在于:所述HCl和H3PO4溶液的浓度均为1moL/L。
6.权利要求1所述的新型过氧钨酸盐稀土衍生物在光转换技术、等离子体显示板、场发射显示器和发光二极管中的应用。
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CN109232671A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-18 | 河南大学 | 一种三元稀土掺杂的多酸衍生物及其制备方法和作为荧光发光材料的应用 |
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Non-Patent Citations (1)
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DONGYAN ZHAO ET AL.: "A Nonclassical Polyoxoanion [P3W6(O2)6(OH)2O22]7- Constructed by Two {PW3(O2)3(OH)O9} Subunits and a {PO4} Group", 《 EUROPEAN JOURNAL OF INORGANIC CHEMISTRY》 * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN114772647A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-22 | 河南大学 | 一种含铀铋钨酸盐及其制备方法和应用 |
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CN110342470B (zh) | 2020-11-27 |
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