CN110372757A - 以二甲基联吡啶为配体的金属配合物及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了两种金属配合物，两者的配体都为4,4′‑二甲基‑2,2′‑二联吡啶(dmbpy)，分别与九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)和五羰基溴化锰(Mn(CO)5Br)冷凝回流得到样品并溶剂挥发,所得产物的分子结构式为C24H25Fe2N8O13.5和C24H24Br2MnN4。所述金属配合物的制备方法为：称取药品并溶解冷凝回流3小时，得到样品后溶解扩散法长出晶体。本发明所得金属铁和锰配合物可作为一种廉价光催化剂，把二氧化碳催化转变为一氧化碳。本发明制备工艺简单，方便易实施，产物纯度和产率均较高，在光催化转化二氧化碳方面具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及金属配位化合物功能材料技术领域，尤其涉及以二甲基联吡啶为配体的金属配合物及其制备方法和应用。
背景技术
随着工业的快速发展、化石能源消耗量逐渐增加，CO2排放量与日俱增，加之绿色植被的减少使吸收CO2能力下降，最终导致大气中CO2含量增多，进而造成温室效应、全球气候变暖、冰川融化和海平面上升等一系列现象的发生。因此，如何有效收集利用CO2，减少大气中CO2含量已成为全球经济发展的重要战略课题之一。将CO2还原为化学燃料的设想，可以从根本上解决CO2的排放所带来气候与环境问题。为了实现这一目的，可以利用可见光催化还原CO2，获得如CO、COOH、CH4等新的燃料。光催化还原CO2的核心是光催化材料，传统的光催化材料一般选用价格昂贵的贵金属配合物，利用非贵金属配合物应用于光催化还原二氧化碳的研究目前还很少见诸报道，因此，制备该类新型的铁和锰配位化合物作为光催化剂具有很大的潜在价值。4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶的良好配位能力为合成结构新颖的铁和锰配位化合物提供了可能，而且铁和锰属于廉价金属，在经济上是可行的。
发明内容
有鉴于此，本发明为克服现有技术中的至少一种不足，提供两种价格低廉的金属配位化合物——金属铁配合物和金属锰配合物，作为催化剂应用于光催化还原二氧化碳。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用下述技术方案：
所述金属铁配合物和金属锰配合物两者的配体都为4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶(dmbpy)，分别与九水硝酸铁(Fe(NO3)3·9H2O)和五羰基溴化锰(Mn(CO)5Br)冷凝回流得到样品并溶剂挥发，所得产物的分子结构式分别为C24H25Fe2N8O13.5和C24H24Br2MnN4。所述金属铁配合物和金属锰配合物的形态为固态晶体，空间群分别为P21/c和Pbcn，金属铁配合物的晶胞参数为：b＝14.216(3)、α＝γ＝90°，β＝93.74,金属锰配合物的晶胞参数为：b＝10.297(2)、α＝β＝γ＝90°，
本发明还提供了一种制备上述金属铁配合物的方法，包括如下步骤：
S1.按Fe(NO3)3·9H2O与4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶的摩尔比1:2称取Fe(NO3)3·9H2O于100mL圆底烧瓶中，再称取dmbpy先溶解在CH3OH中，通过常压滴液管逐滴加入到圆底烧瓶中；
S2.将步骤S1所得混合液冷凝回流3～5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；
S3.洗涤步骤S2所得样品，用甲醇溶解后，用乙醚扩散法得到该配位化合物的单晶样品。
本发明还提供了一种制备上述金属锰配合物的方法，包括如下步骤：
S1.按Mn(CO)5Br与4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶的摩尔比1:1.5～2称取Mn(CO)5Br于100mL的圆底烧瓶中，再称取dmbpy溶于30mL的乙醚中，通过常压滴液管逐滴加入圆底烧瓶中；
S2.将步骤S1所得混合液冷凝回流3～5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；
S3.洗涤步骤S2所得样品，用乙腈溶解后，用正己烷扩散法得到该配位化合物的单晶样品。
本发明同时提供一种上述金属铁配合物和金属锰配合物作为光催化剂的应用。具体地，以所述金属铁配合物或金属锰配合物作为二氧化碳还原成一氧化碳的光催化剂。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果：
首先，本发明利用了4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶的多配位点的特点，达到与铁和锰离子形成配位化合物的目的。
其次，本发明采用廉价的铁盐和锰盐为原料，降低了催化剂的制备成本。
第三，本发明所选用的催化剂能有效地把二氧化碳还原为一氧化碳，避免使用昂贵的贵金属配位化合物作为催化剂。
第四，本发明所选用的催化剂稳定性好。
本发明的制备方法上：采用冷凝回流挥发的方法，简单易行，而且产品纯度高。
附图说明
图1是金属铁配合物的晶体结构单元示意图。
图2是金属锰配合物的晶体结构单元示意图。
图3.1和3.2是金属铁和锰配合物作为光催化剂还原二氧化碳的产物的气相色谱检测图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
称取1.002g(2.48mM)Fe(NO3)3·9H2O于100mL圆底烧瓶中，再称取0.9121g(4.96mM)dmbpy先溶解在50mL的CH3OH中，通过常压滴液管逐滴加入到圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流3h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用甲醇溶解后，用乙醚扩散法处理得到金属铁配位化合物的单晶样品，单晶样品的空间群为P21/c，晶胞参数为：b＝14.216(3)、α＝γ＝90°，β＝93.74,晶体结构单元如图1所示。
实施例2
称取1.002g(2.48mM)Fe(NO3)3·9H2O于100mL圆底烧瓶中，再称取0.9121g(4.96mM)dmbpy先溶解在80mL的CH3OH中，通过常压滴液管逐滴加入到圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流3h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用甲醇溶解后，用乙醚扩散法处理得到金属铁配位化合物的单晶样品。
实施例3
称取1.002g(2.48mM)Fe(NO3)3·9H2O于100mL圆底烧瓶中，再称取0.9121g(4.96mM)dmbpy先溶解在50mL的CH3OH中，通过常压滴液管逐滴加入到圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用甲醇溶解后，用乙醚扩散法处理得到金属铁配位化合物的单晶样品。
实施例4
称取1.002g(2.48mM)Fe(NO3)3·9H2O于100mL圆底烧瓶中，再称取0.9121g(4.96mM)dmbpy先溶解在80mL的CH3OH中，通过常压滴液管逐滴加入到圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用甲醇溶解后，用乙醚扩散法处理得到金属铁配位化合物的单晶样品。
实施例5
称取113mg(0.41mM)Mn(CO)5Br于100mL的圆底烧瓶中，再称取130mg(0.71mM)dmbpy溶于30mL的乙醚中，通过常压滴液管逐滴加入圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流3h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用乙腈溶解后，用正己烷扩散法处理得到金属锰配位化合物的单晶样品，单晶样品的空间群为Pbcn，晶胞参数为：b＝10.297(2)、α＝β＝γ＝90°，晶体结构单元如图2所示。
实施例6
称取113mg Mn(CO)5Br(0.41mM)于100mL的圆底烧瓶中，再称取130mg(0.71mM)dmbpy溶于50mL的乙醚中，通过常压滴液管逐滴加入圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流3h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用乙腈溶解后，用正己烷扩散法处理得到金属锰配位化合物的单晶样品。
实施例7
称取113mg Mn(CO)5Br(0.41mM)于100mL的圆底烧瓶中，再称取130mg(0.71mM)dmbpy溶于30mL的乙醚中，通过常压滴液管逐滴加入圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用乙腈溶解后，用正己烷扩散法处理得到金属锰配位化合物的单晶样品。
实施例8
称取113mg Mn(CO)5Br(0.41mM)于100mL的圆底烧瓶中，再称取130mg(0.71mM)dmbpy溶于50mL的乙醚中，通过常压滴液管逐滴加入圆底烧瓶中；将所得混合液冷凝回流5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；洗涤所得样品，用乙腈溶解后，用正己烷扩散法处理得到金属锰配位化合物的单晶样品。
将制得的金属铁配合物和金属锰配合物分别作为光催化剂应用于二氧化碳的还原反应，反应前后分别将反应物和反应产物在SHIMADZU GC-2014C进行气相色谱测试。图3.1是反应前测得的谱图，图3.2是反应后测得的谱图，对比图3.1和图3.2可以看出有CO产生，说明本发明的金属铁配合物和金属锰配合物能够作为光催化剂应用于二氧化碳的还原反应。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (6)
1.以二甲基联吡啶为配体的金属配合物，其特征在于，配体4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶与九水硝酸铁或五羰基溴化锰反应得到分子结构式为C24H25Fe2N8O13.5或C24H24Br2MnN4的金属配合物。
2.根据权利要求1所述以二甲基联吡啶为配体的金属配合物，其特征在于，所述金属配合物的形态为固态晶体；金属配合物C24H25Fe2N8O13.5的空间群为P21/c，晶胞参数为：b＝14.216(3)、α＝γ＝90°，β＝93.74,金属配合物C24H24Br2MnN4的空间群为Pbcn，晶胞参数为：b＝10.297(2)、α＝β＝γ＝90°，
3.如权利要求1或2所述金属配合物C24H25Fe2N8O13.5的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.按Fe(NO3)3·9H2O与4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶的摩尔比1:2称取Fe(NO3)3·9H2O于圆底烧瓶中，再称取4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶先溶解在CH3OH中逐滴加入到圆底烧瓶中；
S2.将步骤S1所得混合液冷凝回流3～5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；
S3.洗涤步骤S2所得样品，用甲醇溶解后，用乙醚扩散法得到金属配合物C24H25Fe2N8O13.5的单晶样品。
4.如权利要求1或2所述金属配合物C24H24Br2MnN4的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.按Mn(CO)5Br与4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶的摩尔比1:1.5～2称取Mn(CO)5Br于圆底烧瓶中，再称取4,4′-二甲基-2,2′-二联吡啶溶于乙醚中逐滴加入圆底烧瓶中；
S2.将步骤S1所得混合液冷凝回流3～5h，反应结束后旋蒸除去溶剂，得到样品；
S3.洗涤步骤S2所得样品，用乙腈溶解后，用正己烷扩散法得到金属配合物C24H24Br2MnN4的单晶样品。
5.如权利要求1或2所述以二甲基联吡啶为配体的金属配合物作为光催化剂的应用。
6.根据权利要求5所述以二甲基联吡啶为配体的金属配合物作为光催化剂的应用，其特征在于，将金属配合物C24H25Fe2N8O13.5或C24H24Br2MnN4作为二氧化碳还原成一氧化碳的光催化剂。
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| CN112898349A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-04 | 云南师范大学 | 以4,4’-二氨基-2,2’-联吡啶为配体的金属锰配合物及其合成方法与光催化应用 |
| JP2022129732A (ja) * | 2021-02-25 | 2022-09-06 | 株式会社豊田中央研究所 | 二酸化炭素還元触媒、二酸化炭素還元装置、および人工光合成装置 |
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