Keggin结构钼硅杂多蓝的合成及晶体结构研究

通过电化学还原的方法得到钼硅杂多酸的还原产物杂多蓝单晶H_8SiMo_(12)O_(40)·12H_2O.测完了它的晶体结构.晶体空间群属PI.α=1.3769(3)nm,b=1.4346(4)nm,c=1.4134(4)nm;α=120.47(2)°,β=110.70(2)°,γ=66.11(2)°;Z=2;R=0.0608.确证杂多蓝阴离子呈现Keggin结构和α-异构体特征,基本保持未还原杂多酸阴离子的结构.但是在结构畸变程度、键角和键长的变化以及结晶水的分布上有明显不同.同时确定了杂多蓝阴离子结构中4个Mo~(5+)离子的位置.

Keggin结构钼系杂多蓝的离析和性质研究

本文报道了八种1:12系列钼系杂多蓝KyHzXMo_(12)O_(40)·nHp(X=Si,P,As,Ge)的制备和离析方法,并通过元素分析、电位滴定、极谱、循环伏安、红外光谱、可见-紫外光谱、X射线粉末衍射、XPS和~(31)PNMR对产物进行了表征。测定了四电子钼硅杂多蓝的单晶结构,确定了还原钼原子的位置是第三位、七位、八位、十位。实验结果表明,杂多蓝仍基本保持了Keggin结构。首次系统研究了八种杂多蓝固体的ESR谱,发现二电子、四电子杂多蓝比一电子杂多蓝具有更小的电子离域程度;热性质研究表明,固体杂多蓝随还原程度增大,热稳定性增强;研究其氧化还原性质发现,在不同介质中,杂多蓝的氧化序发生变化,极谱半波电位与杂原子电负性线性相关。并发现P和As的杂多蓝具有极强的抗酸解能力。

Modified electrodes with Keggin-type polyoxotungstates

O objectivo deste trabalho é a produção de novos eléctrodos modificados com polioxotungstatos (POMs) do tipo Keggin, incluindo POMs lacunares e substituídos por metais de transição. A preparação e caracterização dos polioxotungstatos encontram-se descritas no Capítulo 2. No Capítulo 3 descreve-se a produção de eléctrodos de carbono vítreo funcionalizados com sais híbridos de tetra-n-butilamónio de vários silicotungstatos pelo método de evaporação da gota. As propriedades electroquímicas dos polioxotungstatos imobilizados foram comparadas com as das espécies solúveis correspondentes. A morfologia dos depósitos foi avaliada por microscopia óptica e por microscopia electrónica de varrimento. No capítulo 4 descreve-se a preparação de novos eléctrodos compósitos de carbono e poli(hexilmetacrilato) com fosfotungstatos. Os estudos electroquímicos revelaram que as principais características dos POMs são mantidas e que os processos de redução são controlados por difusão, dependendo da difusão dos protões da solução. O Capítulo 5 descreve a construção de filmes em multicamadas ultrafinos contendo POMs e polietilenimina, preparados pelo método de auto-montagem camada-sobre-camada em eléctrodos de carbono vítreo. Os filmes em multicamada foram caracterizados por voltametria cíclica e por microscopia electrónica de varrimento e foi usada a espectroscopia de absorção de UV-Vis em placas de quartzo para monitorar o crescimento de filme. Os resultados voltamétricos revelaram que os processos de redução dos POM são confinados à superfície. Alguns destes eléctrodos modificados revelaram propriedades electrocatalíticas relativamente à redução dos aniões nitrito, bromato e/ou iodato. A espectroscopia de impedância electroquímica também foi usada na caracterização destes filmes e os resultados revelaram que a resistência à transferência de carga aumenta com o aumento do número de bicamadas para ambas as espécies redox, indicando que a espessura do filme tem um efeito importante sobre a cinética de reacções de transferência de carga. No capítulo 6 descreve-se a síntese de filmes híbridos orgânicos/inorgânicos compostos por poli(3,4-etilenodioxitiofeno) (PEDOT) e por silicotungstatos do tipo Keggin através da polimerização electroquímica, em condições aquosas, na superfície de electrodos de carbono vítreo. A voltametria cíclica revelou que as características principais dos POMs são mantidas nos filmes. Verificou-se que estes filmes são muito estáveis, possivelmente devido a fortes interacções electrostáticas entre os POMs aniónicos e o polímero positivamente carregado. A espectroscopia de impedância electroquímica foi também utilizada e os resultados mostraram que a resistência de transferência de carga aumenta com o aumento do pH e para valores de potenciais mais elevados. O capítulo 7 apresenta as conclusões finais e possíveis trabalhos futuros.

Hydrothermal synthesis and structural characterization of novel alpha-Keggin unit-supported Cu(II)- and Mn(II)-bipyridine complexes from a tri-lacunary precursor

Blue [{Cu(2,2'-bipy)(2)}(2){alpha-SiW12O40}] (bipy = bipyridyl) (1) and pale yellow [Mn(2,2'-bipy)(3)](2)[alpha-SiW12O40] (2) have been synthesized hydrothermally and characterized by IR spectroscopy and single crystal X-ray structure analysis. In 1, the [alpha-SiW12O40](4-) ion acts as a bridge between the two [{Cu(2,2'-bipy)(2)](2+) moieties via coordination through the terminal oxygen atoms, while in 2, the [Mn(2,2'-bipy)(3)](2+) ion balances the charge on the polyoxo anion without forming any covalent bond. To the best of our knowledge, this is the first example of transition metal-mediated transformation of [alpha-SiW9O34](10-) to [alpha-SiW12O40](4-).

Novel charge transfer supramolecular assemblies with Keggin anions and 2-amino-5-nitropyridine

Several novel compounds with the non-linear optical chromophore 2-amino-5-nitropyridine (2A5NP) and Keggin polyoxoanions (alpha-isomers), having the general formula (2A5NP)(m)H-n[XM12O40]center dot xH(2)O, M = Mo, W, were synthesised. Compounds were obtained with X = P, n = 3, m = 3 and 4 and X = Si, n = m = 4 ( x = 2 - 6). Thus, for each of the anions [PMo12O40](3-) and [PW12O40](3-) two different compounds were obtained, with the same anion and organic counterpart but with a different stoichiometric ratio. These presented different charge transfer properties and thermal stability. All compounds were characterised by spectroscopic and analytical techniques. The single crystal X-ray diffraction structure of (2A5NP)(4)H-3[PMo12O40]center dot 2.5H(2)O center dot 0.5C(2)H(5)OH showed that the water solvent molecules and the organic chromophores are assembled via infinite one-dimensional chains of hydrogen bonds with formation of open channels, which accommodate [ PMo12O40] 3- and ethanol solvent molecules.

Influência da temperatura de formação do íon de Keggin no processo de pilarização de esmectitas

As amostras de esmectita do estado do Pará, Amazônia, Brasil foram caracterizados utilizando XRD, FTIR e análise textural por curvas isotérmicas adsorpition-desorption nitrogênio. Na produção das argilas pilarizadas foi usado o íon Al,₁₃ (o íon de keggin), este íon foi obtido pela reação das soluções AlC_l36H₂O/aOH, com razão molar OH/Al=2, com intercalação em temperatura ambiente, durante as 3 horas e calcinada em 450ºC (temperatura adequada da calcinação). O material foi preparado utilizando soluções produzidas na faixa de temperatura de 25, 45, 65, 85, 105ºC, o Resultado mostrou que o processo de pilarização aumenta o espaçamento basal da argila natural de 14,02 para 19,74 Å e a área superficial de 44,30 para 198,03m,²/g. a estabilidade térmica da argila natural foi melhorada pelo procedimento de pilarização.

Síntese e estudo de polioxotungstatos do tipo Keggin com interesse catalítico

O objectivo principal deste trabalho foi estudar as propriedades e comportamento de polioxotungstatos (POM) do tipo Keggin com interesse em catálise oxidativa. Os estudos efectuados centraram-se no comportamento electroquímico dos aniões em meio não aquoso, na estabilidade das suas estruturas em diferentes meios, na sua capacidade de catalisar a oxidação de diferentes substratos orgânicos e na sua eficácia em oxidar, de forma selectiva, um modelo não fenólico da lenhina. Efectuou-se, igualmente, o estudo estrutural de diversos aniões pela técnica de EXAFS. Neste trabalho, prepararam-se e caracterizaram-se alguns dos sais de tetra-n-butilamónio (TBA) dos polioxotungstatos estudados: compostos de Keggin, TBAx[XW12O40], lacunares, TBAxHy[XW11O39], mono-substituídos, TBAxHy[XW11M(H2O)O39]·nH2O, com X= P e Si e M = CoII, NiII, ZnII, CuIl, RuIII, MnIII e FeIII e os compostos com mistura de átomos adenda TBAx[XW11VO40]·nH2O (X = P e Si). Seleccionou-se este conjunto de polioxotungstatos de forma a efectuar-se um estudo comparativo da influência da natureza do heteroátomo central (P e Si) e dos metais de transição M nas propriedades estudadas. O conjunto de sais de TBA dos silicotungstatos estudados mostraram ser isoestruturais, apresentando a mesma estrutura dos fosfotungstatos análogos. O comportamento electroquímico dos polioxotungstatos foi estudado em soluções de acetonitrilo por voltametria cíclica e electrólise a potencial controlado. Verificou-se a ocorrência de vários processos mono-electrónicos de oxi-redução, reversíveis ou quasi-reversíveis, associados aos átomos de WVI/V e a alguns dos metais de transição. Os metais em estado de oxidação +3 reduziram-se mais facilmente do que os átomos de WVI. O metal CuII apresentou um comportamento diferente dos outros metais de transição. Este metal, na estrutura do POM, reduziu-se a CuI, proporcionando a observação do anião [PW11CuIO39]6- pela primeira vez. A redução posterior do CuI conduziu à formação de Cu0, que se depositou na superfície do eléctrodo. A re-oxidação do cobre a CuII conduziu à reconstituição da estrutura do POM, nas condições estudadas. Constatou-se que a ocorrência de protões na fórmula molecular dos POMs influenciou o seu comportamento electroquímico. Para os compostos que apresentam protões, a redução dos átomos de tungsténio ocorreu a potenciais menos negativos do que para aqueles que não apresentam protões na sua fórmula. Para os primeiros observou-se a transferência global de um maior número de electrões no mesmo intervalo de potencial, originando soluções fortemente azuladas. Quando os catiões tetra-n-butilamónio foram substituídos por catiões de menor dimensão, como Li+ e Na+, ocorreu a formação de pares iónicos com os polianiões [PW12O40]3- e [SiW11VO40]5-, originando um aumento do potencial de redução. Não houve evidência da formação de pares iónicos com os catiões TBA+. Este foi o primeiro estudo sistemático do comportamento electroquímico dos aniões lacunares e mono-substituídos em meio não aquoso. Estudou-se a estrutura dos polioxotungstatos em sais de TBA e em soluções de acetonitrilo. A aplicação da técnica de EXAFS ao estudo deste tipo de compostos em solução foi realizada pela primeira vez. Pela análise estrutural nos sólidos verificou-se que, a natureza do metal de transição M e do átomo central X, na estrutura do POM, influenciam o tamanho dos vários octaedros que o constituem. Não se observaram diferenças significativas nas estruturas dos polianiões em solução. A estabilidade da estrutura dos polioxometalatos na presença de um excesso de H2O2, em soluções de acetonitrilo/H2O foi analisada por espectroscopia de absorção de EXAFS, RMN de 31P, IV e espectrofotometria de absorção no UV-Vis. De uma forma geral, os POMs em que o átomo central da estrutura é o Si apresentaram maior estabilidade do que os POMs correspondentes com átomo de P no centro. Em solução de acetonitrilo, na ausência de H2O2, todos os aniões mostraram ser estáveis durante vários dias. Em solução, na presença de H2O2 em excesso (H2O2/POM = 1300), o anião lacunar [PW11O39]7- não é estável, transformando-se no anião de Venturello, {PO4[W(O)(O2)2]4}3-, após a formação de [PW12O40]3-, como produto intermediário. Em relação aos aniões substituídos [PW11M(H2O)O39]p-, M = MnIII, RuIII, FeIII, CoII e ZnII, verificou-se o seguinte na presença de H2O2: os aniões com MnIII e CoII transformaram-se no anião de Keggin, [PW12O40]3-. Os aniões de RuIII e FeIII mantiveram as suas estruturas e o anião de ZnII decompôs-se em {HPO4[W(O)(O2)2]2}2- e fosfato. Para estes casos de não estabilidade estrutural, o processo de decomposição foi mais rápido na presença de maiores conteúdos de água. Pela análise de EXAFS, na presença de um menor excesso de H2O2 (H2O2/POM = 70) e apenas 8% de parte aquosa, verificou-se que os aniões substituídos por MnIII mantiveram a sua estrutura, embora o ligando H2O, coordenado ao Mn, tivesse sido substituído por um grupo oxo no polianião [SiW11Mn(H2O)O39]5-, e por um grupo peroxo no polianião [PW11Mn(H2O)O39]4-. O anião com RuIII, nestas condições, também mostrou substituir o seu ligando H2O por um grupo peroxo ou hidrogenoperoxo. Os polioxotungstatos mono-substituídos e lacunares mostraram ser catalisadores eficientes para a oxidação de cis-cicloocteno, geraniol e ciclooctano com H2O2. A maior novidade deste trabalho residiu na actividade catalítica apresentada pelos silicotungstatos estudados, contrariando o que é referido na literatura. Outro aspecto inovador foi o elevado valor de conversão obtido para a oxidação de ciclooctano. Este substrato foi oxidado com 74% de conversão, após 2h de reacção e com 80% de selectividade para o hidroperóxido de ciclooctilo, na presença do anião [PW11Fe(H2O)O39]4-. Os restantes produtos de reacção foram o ciclooctanol e a ciclooctanona. Os silicotungstatos apresentaram maior selectividade para o hidroperóxido de ciclooctilo do que os fosfotungstatos. O geraniol foi completamente oxidado após 3h de reacção, com 82% de selectividade para o 2,3-epoxigeraniol, na presença do anião [PW11Mn(H2O)O39]4-. O cis-cicloocteno foi oxidado ao seu epóxido, com 92% de conversão ao fim de 5h de reacção, na presença do anião lacunar [PW11O39]7-. O estudo da capacidade oxidativa do anião [SiW11VO40]5- foi analisada utilizando-se um modelo não fenólico da lenhina, a anisoína. Estudaram-se as condições favoráveis à obtenção de uma reacção selectiva para o anisilo, de forma a poder estudar-se a cinética da reacção. A estequiometria da reacção mostrou ser de 1:2 anisoína/POM. As ordens de reacção foram determinadas pelo método das velocidades iniciais e, a partir destes resultados, conheceu-se que o POM não estava envolvido no passo que limita a velocidade da reacção, sendo esta limitada pela transformação da anisoína. O estudo realizado sobre o efeito isotópico sugeriu que o passo que limitou a velocidade de reacção correspondeu à enolação da anisoína. Desta forma, observou-se pela primeira vez, que o POM oxida um modelo não fenólico da lenhina por via de enolação.

Dimeric assemblies of lanthanide-stabilised dilacunary Keggin tungstogermanates: A new class of catalysts for the selective oxidation of aniline

In this work we demonstrate the efficiency of some dimeric [Ln4(H2O)6(β-GeW10O38)2]12− anions composed of lanthanide-stabilised dilacunary Keggin tungstogermanate fragments (ββ-Ln4, Ln = Dy, Ho, Er, Tm) as heterogeneous catalysts for the organic phase oxidation of aniline with hydrogen peroxide. The results obtained evidence total conversion of aniline at room temperature, as well as full selectivity towards nitrosobenzene, and the catalysts are able to retain both their activity and selectivity after several runs. Peroxopolyoxometalate intermediaries have been identified as the catalytically active species during the aniline-to-nitrosobenzene oxidation process.

Smectite flocculation structure modified by AI13 macromolecules; as revealed by the Transmission X-ray Microscopy (TXM)

The aggregate structure which occurs in aqueous smectitic suspensions is responsible for poor water clarification, difficulties in sludge dewatering and the unusual rheological behaviour of smectite rich soils. These macroscopic properties are dictated by the 3-D structural arrangement of smectite finest fraction within flocculated aggregates. Here, we report results from a relatively new technique, Transmission X-ray Microscopy (TXM), which makes it possible to investigate the internal structure and 3-D tomographic reconstruction of the smectite clay aggregates modified by Al13 keggin macro-molecule [Al13(O)4(OH)24(H2O)12 ]7+. Three different treatment methods were shown resulted in three different micro-structural environments of the resulting flocculation.

Transmission X-ray microscopy : a new tool in clay mineral floccules characterization

Effective flocculation and dewatering of mineral processing streams containing clays are microstructure dependent in clay-water systems. Initial clay flocculation is crucial in the design and for the development of a new methodology of gas exploitation. Microstructural engineering of clay aggregates using covalent cations and Keggin macromolecules have been monitored using the new state of the art Transmission X-ray Microscope (TXM) with 60 nm tomography resolution installed in a Taiwanese synchrotron. The 3-D reconstructions from TXM images show complex aggregation structures in montmorillonite aqueous suspensions after treatment with Na+, Ca2+ and Al13 Keggin macromolecules. Na-montmorillonite displays elongated, parallel, well-orientated and closed-void cellular networks, 0.5–3 μm in diameter. After treatment by covalent cations, the coagulated structure displays much smaller, randomly orientated and openly connected cells, 300–600 nm in diameter. The average distances measured between montmorillonite sheets was around 450 nm, which is less than half of the cell dimension measured in Na-montmorillonite. The most dramatic structural changes were observed after treatment by Al13 Keggin; aggregates then became arranged in compacted domains of a 300 nm average diameter composed of thick face-to-face oriented sheets, which forms porous aggregates with larger intra-aggregate open and connected voids.

Methanol oxidation on carbon-supported Pt---Sn electrodes in silicotungstic acid

Electro-oxidation of methanol was studied on carbon-supported Pt---Sn/C electrodes in silcotungstic acid (SiWA) at various concentrations. The porous-carbon electrodes employing Pt---Sn/C catalyst have been characterized using chemical analyses, X-ray powder diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in conjunction with electrochemistry. The presence of Pt---Sn and Pt3Sn alloys along with Pt and SnO2 phases in the catalyst were identified by XRD. XPS analysis showed a lower amount of PtO species in the Pt---Sn/C catalyst with respect to the corresponding Pt/C sample. From the steady-state galvanostatic polarization data on Pt---Sn/C electrodes in SiWA, it is inferred that a one-electron process is the rate determining step. The performance of the electrodes in 0.084 M SiWA was better than in 2.5 M H2SO4 under similar conditions up to load currents of about 100 mA cm−2 indicating the promoting behaviour of the electrolyte. At currents larger than 100 mA cm−2, the performance of the electrodes in 0.084 SiWA was poorer than that in 2.5 M H2SO4 mainly due to the dominance of mass polarization in the former owing to the large size of keggin units associated with the structure of SiWA. This aspect was supported by cyclic voltammetry and ac impedance studies on Pt---Sn/C electrodes. Simulation of the electrochemical impedance response for the oxidation of methanol in SiWA was carried out using the equivalent electrical circuit model.

Methanol oxidation on carbon-supported Pt---Sn electrodes in silicotungstic acid

Electro-oxidation of methanol was studied on carbon-supported Pt-Sn/C electrodes in silcotungstic acid (SiWA) at various concentrations. The porous-carbon electrodes employing Pt-Sn/C catalyst have been characterized using chemical analyses, X-ray powder diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in conjunction with electrochemistry. The presence of Pt-Sn and Pt3Sn alloys along with Pt and SnO2 phases in the catalyst were identified by XRD. XPS analysis showed a lower amount of PtO species in the Pt-Sn/C catalyst with respect to the corresponding Pt/C sample. From the steady-state galvanostatic polarization data on Pt-Sn/C electrodes in SiWA, it is inferred that a one-electron process is the rate determining step. The performance of the electrodes in 0.084 M SiWA was better than in 2.5 M H2SO4 under similar conditions up to load currents of about 100 mA cm-2 indicating the promoting behaviour of the electrolyte. At currents larger than 100 mA cm-2, the performance of the electrodes in 0.084 SiWA was poorer than that in 2.5M H2SO4 mainly due to the dominance of mass polarization in the former owing to the large size of Keggin units associated with the structure of SiWA. This aspect was supported by cyclic voltammetry and ac impedance studies on Pt-Sn/C electrodes. Simulation of the electrochemical impedance response for the oxidation of methanol in SiWA was carried out using the equivalent electrical circuit model.

Hydrothermal synthesis and characterization of bis(4,4 `-bipyridinium) dodecatungstosilicate dihydrate

Hydrothermal synthesis and structural characterization of a new organic polyoxometalate, namely, bis(4,4'-bipyridinium) dodecatungstosilicate dihydrate, 4,4'-bipyH(2)](2)SiW12O40]center dot 2H(2)O (1) is reported. The crystal structure of (1) consists of a SiW12O40](4-) Keggin anion situated on a two-fold axis, two unique 4,4'-bipyridinium cations, one of which is situated on a two-fold axis, and two independent lattice water molecules. The cations and anions are linked by H-bonding.