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蚂蚁淘小百科:关于多酸你不知道的事
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多金属氧酸盐又称多酸(polyoxometalates,POMs),是前过渡金属离子的高氧化态(如V、Mo、W等)与氧形成的纳米级的金属-氧簇类化合物。

目前,POMs功能化的材料在医药、磁性材料、环境保护、催化、能源转化和储能材料等尖端技术领域具有广阔的应用前景。

  • 中文名

  • 多酸

  • 应用

  • 合成催化剂

  • 类型

  • 含氧酸分子缩合去水

  • 例子

  • XM12O40等

  • 应用

  • 重要的储能材料

目录
  1. 1背景

  2. 2性质简介

  3. 3催化特性

  1. 4多酸功能化储能材料的研究进展

  2. POMs功能化材料的制备

  1. 多酸复合储能材料的应用

多酸背景

自1934年,学者们相继提出Keggin(XM12O40)、Dawson(X2M18O62)、Anderson(XM6O24)、Waugh(XM9O32)、Silverton(XM12O42)以及Lindqvist(M6O19)六种基本结构,具有以下特点:

(1)结构多样性、可修饰性和可调变性,具有较强的电子和质子转移/存储能力;

(2)优异的氧化还原性能;

(3)热稳定性高,相对分子质量较大(103-104),易溶于水。

POMs可以与多种功能材料结合并实现材料之间的协同作用。近年来,由于POMs功能化储能材料具有低成本、高效率、稳定性高、兼容性强等特性,有利于实现储能材料的工业化,因此受到科研工作者的极大关注。[1]

多酸性质简介

多酸中含有相同酸根的称为同多酸,含有不同酸根的称为杂多酸;相应的盐称为同多酸盐和杂多酸盐。同多酸及其盐如重铬酸H2Cr2O7和重铬酸钾K2Cr2O7;杂多酸及其盐如十二水合十二钼磷酸H3【PMo12O40】·12H2O和十二钼磷酸钾K3【PMo12O40】。

多酸是一种多核配合物(见配位化合物)。化学元素中有近40种元素可形成多酸,包括各个成酸元素、两性元素以至若干金属性较强的元素。元素周期表(见彩图)中尤以第ⅤB和第ⅥB族元素能形成同多酸根离子。大部分含氧酸可以形成多酸;有些含氧酸,例如硝酸HNO3和碳酸H2CO3不能缩合生成同多酸。多酸的结构问题尚未彻底解决。现在认为:钒酸根、钼酸根和钨酸根离子生成同多酸根离子是通过共有MO6(M表示V、Mo、W)八面体的顶点或棱边相联结,共面相联结的情况极少(图1)。

同多酸的聚合度类型有:

①有限而无定度缩合,如铬酸根离子等;

②有限而有一定度缩合,如钼酸根和钨酸根离子,有六多酸、十二多酸等;

③无限而无定度缩合,如硅酸根和磷酸根离子。单硅酸可缩合为二、三、四、……至极高聚硅酸,成为硅酸溶胶或凝胶的粒子。在杂多酸及其盐中,除碱金属和碱土金属外,几乎所有的金属元素都可作为中心原子(铬除外)。杂多酸一般是强酸,比它的母酸要强得多。通常,含有较小阳离子的杂多酸盐可溶于水,含有较大阳离子的盐则难溶解。例如Na盐可溶,Cs和Ba2的杂多酸盐不溶,K和Rb的杂多酸盐难溶。
  简单酸根离子溶液酸化时,逐渐生成各种同多酸根离子,其复杂性随酸度增高而增大。例如钼酸根离子仅存在于pH较高的溶液中,当pH降低至4~5时,发生质子化和去水作用,生成七钼酸根离子,在酸性更强的溶液中,生成八钼酸根离子。杂多酸盐通常可由酸化各组分酸的盐溶液制得,例如酸化钼酸盐和钨酸盐溶液,形成钼和钨的杂多酸根离子:多酸盐可用于化学分析,如钼磷酸盐可用于比色测定(见比色法),(NH4)3【PMo12O40】的难溶性可用于磷酸盐的重量分析。多酸盐还可做催化剂,如钨磷酸盐可催化乙烯聚合。此外,钼磷酸铊可用作无机离子交换剂。[2]

多酸催化特性

1.一级结构和二级结构

多酸阴离子结构称为一级结构,一级结构一般较为稳定;

由多酸阴离子、阳离子和结晶水或有机分子排列的三维结构称为二级结构,二级结构易发生变化,经常是某些催化反应的“反应场”。具有确定的结构,有利于在分子或原子水平上设计或合成催化剂。独特的反应场。

2.通常溶于极性溶剂,可用于均相和非均相催化反应体系。

3.酸性

溶液中比一般的无机酸酸性要强,在丙酮中所测的酸强度顺序为:PW12

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