新型无机-有机杂化材料Mo8O26(H2bpy)2的合成、结构及性.pdf
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1、第3 4 卷第3 期2 0 0 7 年北京化工大学学报J o U R N A Lo FB E I J I N GU N I V E R S I T Y0 FC H E M I C A I。T E C H N O L O G YV 0 1 3 4 N o 32 0 0 7新型无机有机杂化材料M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 的合成、结构及性能研究(b p y=4,4,-b i p y r i d i n e)罗新泽1 郭洪猷2 于景华2”(1 伊犁师范学院生物学化学与环境科学系,新疆伊犁8 3 5 0 0 0;2 北京化工大学理学院,北京1 0 0 0 2 9)摘要:以(N 1 4
2、)6 M 0 7()2 4 4 H 2 0、C o(N 0 3)2 6 H 2 0、4,4 一联吡啶、冰乙酸和无水乙醇为原料,在1 5 0 下反应3d,得到粉绿色晶体M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)j。通过红外光谱、元素分析和单晶x 琦十线衍射法表征该无机一有机杂化材料的结构。结果表明:该晶体属单斜晶系,P i 空间群;晶胞参数n=l O 7 2 0 0(6)A,6=1 5 1 8 1 9(9)A,c=1 0 7 4 6 4(6)A,J 9=9 3 7 9 3 0(1 0)。,v=1 7 4 5 1 5(1 7)A 3,Z=4;用6 5 1 8 个独立衍射点(R(i n t)=O
3、0 1 8 5)精修结构,最终残差因子R 1=O 0 2 3 9,w R2=o 0 2 6 1。通过u v v I S N I R 反射光谱的研究表明,此杂化材料对太阳辐射具有选择性的吸收;同时探讨了反应条件对合成产物的影响。本晶体结构数据已收录于英国剑桥晶体学数据库,编号为:c c D c2 8 6 7 5 2。关键词:无机一有机杂化材料;钼一氧簇合物;4,4 一联吡啶;溶剂热合成;晶体结构中图分类号:0 7 4 3 5 1多酸盐具有催化、氧化还原、光学和生物等特性,是一类重要的功能材料,将功能性的多酸根作为构件引入配位聚合物,同多齿有机配体一起与过渡金属离子(模板)构成扩展的共价骨架,既导
4、出新的结构类型,又使多酸根单个地固定在共价骨架内,以充分发挥它的功能作用 1 3 。而联吡啶作为有机配体,在多酸盐中起着结构导向的作用,构筑起新型结构的多酸盐的无机一有机杂化材料,在导电材料、磁性材料以及催化材料等方面均有应用,为多酸化学开辟了一个更加丰富的研究领域【4-5J。多钼酸盐随着溶液的酸碱度不同。以不同的钼氧酸根形式存在,如 M 0 8 0 2 6 4 _,M 0 7 0 2 4 6-,M 0 1 9 卜,M o 暖一等,是目前研究较多的一个领域。但是以它们为建筑块组装的无机一有机杂化材料的研究还刚开始。钼氧簇可以与有机配体以共价键或离子键及分子间力相结合得到无机有机杂化材料。二吡啶
5、类化合物与钼氧簇合物所形成的无机一有机杂化材料有以下几类:第一类是二吡啶质子化后,作为电荷平衡阳离子和钼氧簇负离子堆积成晶体,本文报道的产物属于这一类;第二类是二吡啶作收稿日期:2 0 0 7 0 1 2 8第一作者:男。1 9 6 3 年生,副教授*通讯联系人E-m a i l:p l a l 3 1 5 1 6 3 c o m为配体,直接与钼键合,形成化合物;第三类是二吡啶作为配体,通过一种过渡金属离子和钼氧簇键连,构成配合物【6 _ 7 。研究有机配体对多钼酸盐晶体的结构导向作用,组装出符合要求的无机一有机杂化材料,在理论上和应用上具有突出的价值 8 。本文用溶剂热法,合成一个新型的多钼
6、酸无机一有机杂化材料M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2,用红外光谱、元素分析以及单晶x 一射线衍射对该化合物的结构进行了表征;用紫外一可见一近红外漫反射光谱法测定了晶体的光吸收性能,并讨论了反应条件对合成产物的影响。1实验部分1 1 实验原料(N H 4)6 M 0 7 0 2 4 4 H 2 0,分析纯,天津市化学试剂四厂;C o(N 0 3)2 6 H 2 0,分析纯,北京双环化学试剂厂;4,47 联吡啶,分析纯,北京市昌平石鹰化工厂;冰乙酸,分析纯,天津化学试剂三厂;无水乙醇,分析纯,天津市瑞金特化学品有限公司。1 2M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 的合成将0
7、 0 7 2 8g(0 2 5m m 0 1)C o(N 0 3)2 6 H 2 0 和0 3 3 9 0 9(0 2 5 m m 0 1)(N H 4)6 M 0 7()2 4 4 H 2()溶解在1 4 m L 去离子水和4 m I。乙醇的混合溶剂中,边搅拌边加入0 0 3 9 1g(0 2 5m m 0 1)4,47 一联吡啶乙醇 万方数据2 6 8 北京化工大学学报2 0 0 7 年(2 m I。),均匀混合,滴加乙酸,调节p H=5,将混合液加入容积为2 5m I。的内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应罐中,在1 5 0 下反应3d,自然冷却至室温,得到粉绿色的块状晶体。经过滤后,用蒸馏水、乙
8、醇洗涤,自然干燥。产物经E D S 和元素分析结果表明:有重原子M o 存在,各元素质量分数为C1 6 1 0,H1 3 1,N3 5 0,与最简式为M 0 4 0 1 3(H 2 b p y)的理论值(C1 6 0 0,H1 3 0N3 7 0)相符。1 3 红外光谱分析用T h e r m oN i c o l e tA v a t a r3 3 0F T 红外光谱仪对产物进行分析测定,K B r 为参比。1 4 晶体结构的测定用B r u k e rS m a r tA p e xC C Dd i f f r a c t o m e t e r 单晶x _ 射线衍射仪收集体积大小为0 4
9、 0m m 0 3 2m m 0 2 7m m 的晶体的衍射数据。采用石墨单色化的M o K 口辐射(A=O 7 1 0 7 3 A)。在2 3 3。口3 3 4 5。范围内扫描,共收集到1 5 4 9 8 个衍射点,其中独立衍射点 R(i n t)=0 0 1 8 5 6 5 1 8 个。通过经验吸收校正强度数据。用直接法解出非氢原子的位置,用理论计算得到氢原子坐标,用全矩阵最小二乘法对全部非氢原子进行各向异性的精修。残差因子R,=0 0 2 3 9,非2=0 0 2 6 1。结构解析使用S H E L X 9 7 程序完成 9|。1 5u v v I s N I R 反射光谱的测定采用积分
10、球直径为6 0m m 的S h i m a d z uU V3 1 0 0 光谱仪记录其U V V I S N I R(2 5 0 2 5 0 0n m)漫反射光谱数据,B a S 0 4 为参比,反射率为1 0 0。2结果与讨论2 1M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 的红外光谱产物M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 的红外光谱图见图1。从图1 中可见,在3 4 3 8 c m-1 处有N H 的伸缩振动峰,3 0 1 0c m _ 1 处有环上卜H 的伸缩振动,2 9 6 2c m-1 为一C H 一的伸缩振动,1 6 3 0c m _。,1 5 0 4c m-1和
11、1 4 5 8c m-1 为吡啶环的C N 和C C 键的伸缩振动峰。9 5 2,8 7 0,7 4 1,4 7 3c m-1 为端氧M o O 和桥氧0 _ M o 一0 的振动吸收。红外光谱分析表明产物中含有质子化的4,4 一联吡啶和M o O 骨架。2 2M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 的晶体结构M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 属于单斜晶系,P i 空间群;晶胞参数:n=1 0 7 2 0 0(6)A,6=1 5 1 8 1 9(9)A,f=1 0 7 4 6 4(6)A,p=9 3 7 9 3 0(1 0)。,V=1 7 4 5 1 5(1 7)A 3,
12、z=4。非氢原子坐标原子坐标及各向异性热参数列于表1,氢键数据列于表2。4 丽矿苘矿蜀荀一百万1 高矿靠盯c m 一1图lM 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 的红外光谱F i g 1I Rs p e c t l l l mo fM 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2表lM 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 原子坐标及各向同性热参数(u 蜘)T a b l e1A t o m i cc o o r d i n a t e sa n de q u i v a l e n ti s o t r o p i cd i s p l a c e m e n tp a r a
13、m e t e r SU e qf o rM 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2t e n S 0 rM o(1)M o(2)M o(3)M o(4)O(1)0(2)0(3)0(4)0(5)0(6)0(7)o(8)0(9)0(1 0)0(1 1)0(1 2)0(1 3)N(1)N(2)C(1)C(2)C(3)C(4)C(5)C(6)C(7)C(8)C(9)一1 7(1)一1 3 l(1)一2 5 7 9(1)2 4 8 1(1)9 1 9(2)一1 1 0 8(1)一1 0 5 9(2)一3 3 9 5(2)一3 3 0 5(2)3 3 6 23 1 4 51 0 2 61 0 0 1
14、3 0 9 0(1)一1 1 2 1(1)一9 4 6(1)1 0 6 3(1)一5 9 4(2)一6 8 1 3(2)一1 3 3 2(2)一2 5 6 8(2)一3 0 3 7(2)一2 2 3 6(2)一1 0 0 1(2)一6 2 1 1(2)一4 9 7 7(2)一4 3 6 5(2)一5 0 2 9(2)5 4 0 7(1)6 1 1 5(1)5 2 4 0(1)6 3 0 6(1)4 7 3 3(1)5 8 0 2(1)6 7 4 7(1)5 9 3 0(1)5 3 0 7(1)5 6 9 2(1)7 3 3 3(1)6 4 0 9(1)6 8 4 3(1)4 1 1 3(1)6
15、 0 4 4(1)4 4 5 6(1)5 1 2 7(1)2 7 4 6(1)4 0 1 4(1)2 4 2 1(2)2 6 6 3(2)3 2 4 8(1)3 5 6 0(2)3 3 0 2(2)4 0 5 0(2)3 8 0 9(2)3 5 2 7(1)3 5 1 1(2)2 4 0 5(1)5 5 0 2(1)4 1 0 6(1)3 7 7 3(1)1 5 8 5(2)1 3 1 9(2)6 3 5 7(2)4 9 9 0(2)2 6 5 2(2)2 8 4 6(2)3 7 6 5(2)2 6 3 7(1)5 0 1 8(2)4 6 2 5(2)3 9 2 l(1)3 2 0 0(1)4
16、 3 2 0(1)1 3 5 5(2)1 1 1 2(2)2 1 8 3(2)2 1 5 2(2)1 2 4 3(2)3 8 0(2)4 6 7(2)7 0(2)8 7(2)1 1 9 8(2)2 2 6 8(2)2 1(1)1 8(1)2 l(1)2 4(1)3 2(1)3 2(1)3 0(1)3 2(1)3 1(1)4 0(1)3 7(1)2 7(1)2 5(1)2 7(1)2 0(1)2 1(1)2 0(1)3 l(1)3 4(1)3 2(1)2 8(1)2 4(1)3 7(1)4 1(1)3 3(1)2 9(1)2 4(1)3 3(1)竺!:丝!堕!型!i 堕!12 万方数据第3 期罗
17、新泽等:新型无机一有机杂化材料M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 的合成、结构及性能研究(b p y=4,4 b i p y r i d i n e)2 6 9表2 氢键键长子形成(卜H 0 氢键,如表2,这种结构是罕见的。T a b l e2C H 0h y d r o g e nb o n dd i s t a n c e s氢键类型D A氢键类型D AC l H O3 2 4 8C 1 1 一H O3 0 5 2C 2 1 一H 03 2 4 2C 2 1 一H()3 1 7 lC 2 3 一H 03 1 7 7C 1 4 一H O3 2 4 3对称操作:z+1 y,z+1晶
18、体的不对称单位为 M 0 4 0,3 卜,和一个双质子化的4,4 一联毗啶,H 2 b p y 2 十,如图2 所示。在M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 中,结构单元 M 0 8 0 2 6 4 一含两个中心对称性相关的不对称单位 M 0 4 0 1 3 2。,每个M o都与六个氧原子配位形成八面体,M 0 0 6 。而每个图3M 0 8 0 2。(H 2 b p y):沿着。轴方向的堆积图 M 蛾 通过共享边和三个 M 0 0 6】连接,构成笼状F i g 3c r y s t a Ip a c k i n gv i e。a l o n gt h。a x i sd i r e
19、c t i o n的 M 0 8 0 2 6 4 _,。f o rM 0 8 0 2 6(H 2 b p y)22 3 光吸收性能由于研究化合物对太阳辐射的吸收能力在实际应用中具有重要意义,所以对M 0 8 0 2 6(H z b p y)2 的紫外一可见近红外反射光谱进行了测定,原理见文献 1 0 。由图4 可见,M 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 在紫外光2 9 0n m(4 2 6e v)处有最强的吸收;在可见光部分吸收较弱;在近红外光处有一定的吸收;总之,产物对太阳光的吸收具有一定的选择性。图2M 啦0 2 6(H 2 b p y)2 的不对称单位结构图F i g 20 R
20、 T E Pd r a w i n gf o rM 0 8 0 2 6(H 2 b p y)2 w i t h5 0 p r d b a b i l i t ye I l i p s o i d s,s h o w i J l gt h ea t o m i cn u m b e r i n gs c h e m e不对称单位的1 3 个氧原子有四种类型。7 个一配位的氧原子,0 l,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,3个二配位的桥氧,0 8,0 9,0 1 0,2 个三配位的氧原子0 1 l,0 1 2 和一个五配位的氧原子0 1 3。钼氧键的键长分别约为1 7 0 3 5 A
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