【POMOCs】多金属氧合物官能化环三核铜化合物用于双功能电化学检测和光催化还原Cr（VI）

首页 > 行业动态 > 【POMOCs】多金属氧合物官能化环三核铜化合物用于双功能电化学检测和光催化还原Cr（VI）

摘要：
东北大学徐燕老师等报道的本篇文章（Inorg. Chem. 2024）中成功合成了两种新型的基于多金属氧酸盐(POM)的金属-有机复合物(POMOCs)，分别为[CuII3(PyCA)3(μ3-OH)(β-Mo8O26)0.5(H2O)2]·5H2O (1)和[CuII3(PyCA)3(μ3-OH)]2(CuIIW12O40)[CuII(H2O)6] (2)，以及一个用于性能比较的Cu-CTC CuI3(PyCA)3·H2O (Cu3)。化合物1中的[β-Mo8O26]4−簇与Cu-CTC单元结合形成一维结构，而化合物2中的[CuW12O40]6−单元连接两个Cu-CTC单元形成夹层状的零维结构。实验表明，化合物1比化合物2更有利于电子传输。此外，这两种化合物可以作为双功能催化剂，用于电化学检测和光催化还原Cr(VI)。特别是，在可见光下，化合物1和2对Cr(VI)的光还原率分别为96.7%和96.3%，只需10分钟和14分钟，优于Cu3以及大多数其他报道的光催化剂。本研究还讨论了电化学检测和光催化还原Cr(VI)的活性位点和机制。

研究背景：
1. 在水处理和环境修复领域，Cr(VI)的检测和还原是一个重要问题，因为Cr(VI)具有高毒性和致癌性，对环境和人体健康构成严重威胁。
2. 传统的检测方法存在灵敏度低、操作复杂等问题。光催化还原Cr(VI)的方法通常依赖于半导体材料，但其效率和稳定性仍有待提高。
3. 本研究的作者通过将氧化性的POM簇与还原性的Cu-CTC结合，开发了新型的POMOCs。这种设计不仅提高了催化剂的稳定性和活性，还实现了对Cr(VI)的高效电化学检测和光催化还原。

实验部分：
1. 合成新型POMOCs：
   - 作者通过溶剂热法合成了两种新型的多金属氧酸盐基金属-有机复合物(POMOCs)，分别为[CuII3(PyCA)3(μ3-OH)(β-Mo8O26)0.5(H2O)2]·5H2O (1)和[CuII3(PyCA)3(μ3-OH)]2(CuIIW12O40)[CuII(H2O)6] (2)，以及Cu-CTC CuI3(PyCA)3·H2O (Cu3)作为性能对照。
   - 合成过程中，使用了Cu(NO3)2·3H2O、PyCA、Na2MoO4·2H2O和(NH4)10W12O41·H2O等原料，通过控制反应比例和温度，得到了不同结构的化合物。
2. 结构表征：
   - 使用X射线晶体学分析、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、X射线光电子能谱(XPS)等技术对合成的化合物进行了详细的结构表征。
3. 电化学检测Cr(VI)：
   - 利用循环伏安法(CV)和安培法研究了化合物1和2对Cr(VI)的电化学响应，发现它们具有良好的电化学活性，并建立了检测Cr(VI)的线性回归方程。
4. 光催化还原Cr(VI)：
   - 在可见光下，使用甲醇作为牺牲剂，研究了化合物1和2对Cr(VI)的光催化还原性能，测定了它们的光催化还原速率和循环稳定性。
5. 光电化学性能测试：
   - 使用ITO玻璃作为工作电极，研究了化合物1和2在光电化学中的性能，包括光电流响应和电化学阻抗谱(EIS)。
6. 自由基捕获实验：
   - 通过加入自由基清除剂(BQ和TBA)，研究了化合物1在光催化过程中产生的活性氧自由基(·O2−和·OH)。

分析测试：
1. 元素分析：
   - 对化合物1和2进行了元素分析，确定了C、N、H、Cu、Mo、W元素的含量，与理论值吻合。
2. 红外光谱(FT-IR)：
   - 测定了化合物1和2的FT-IR光谱，观察到特征吸收峰，证实了合成化合物的结构。
3. 紫外-可见漫反射光谱(DRS)：
   - 测定了化合物1和2的DRS光谱，计算出它们的带隙能量(Eg)分别为2.66 eV和2.79 eV。
4. X射线光电子能谱(XPS)：
   - 通过XPS分析了化合物的价态，确定了Cu、Mo、W的氧化态。
5. 循环伏安法(CV)：
   - 使用CV法研究了化合物1和2的电化学性质，测定了它们的氧化还原峰电位。
6. 安培法：
   - 利用安培法研究了化合物1和2对Cr(VI)的电化学响应，建立了Cr(VI)浓度与电流响应之间的线性关系。
7. 光电流响应和电化学阻抗谱(EIS)：
   - 测定了化合物1和2的光电流响应和EIS，评估了它们在光电化学中的性能。
8. 自由基捕获实验：
   - 通过自由基捕获实验，证实了化合物1在光催化过程中产生了·O2−和·OH自由基。
9. XPS分析：
   - 对回收的催化剂进行了XPS分析，证实了Cr(VI)被还原为Cr(III)。

总结：
本研究成功开发了两种新型的POMOCs，它们不仅在结构上具有创新，而且在电化学检测和光催化还原Cr(VI)方面表现出卓越的性能。化合物1和2的合成为设计新型双功能催化剂提供了新的思路，它们的高效率和稳定性为实际应用奠定了基础。

展望：
未来可进一步探索这些新型POMOCs在其他污染物处理中的应用，并研究它们在实际水体环境中的稳定性和循环利用能力。同时，深入研究其催化机理，为优化催化剂设计提供理论支持。

Polyoxometalate Functionalized Cyclic Trinuclear Copper Compounds for Bifunctional Electrochemical Detection and Photocatalytic Reduction of Cr(VI)
文章作者： Lin Yang, Zhou Yuan, Lufang He, Le Han, Bohan Li, and Yan Xu*
DOI：10.1021/acs.inorgchem.4c01508
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.4c01508

本文为科研用户原创分享上传用于学术宣传交流，具体内容请查阅上述论文，如有错误、侵权等请联系修改、删除。未经允许第三方不得复制转载。