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鎢鉬化學(xué)研究概述

鎢(W)和鉬(Mo)是週期系中VIB族過(guò)度元素,多價(jià)態(tài),能形成多種化合物,當(dāng)處?kù)蹲畹脱趸瘧B(tài)時(shí)通過(guò)π配位元體生成金屬有機(jī)化合物如六羰基化合物和取代羰基化合物,+2價(jià)時(shí)通過(guò)金屬-金屬鍵形成原子簇化合物,+4價(jià)大多以配合物存在,+6價(jià)的鎢和鉬在水溶液中聚合形成金屬氧酸,這些雖不是全部,但卻代表了重要的鎢鉬化合物。

我國(guó)的鎢鉬資源儲(chǔ)量和產(chǎn)量均居世界前列,佔(zhàn)有顯著的優(yōu)勢(shì),在經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。鎢鉬的化學(xué)研究已有百餘年的歷史,由於受到學(xué)科的滲透與交叉,科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng),研究的重點(diǎn)已由過(guò)去的簡(jiǎn)單化合物如與非金屬硼、碳、矽、氮形成的填隙化合物、鹵化物、氧化鎢、鎢(鉬)酸鹽,發(fā)展到鎢鉬的金屬氧酸鹽化學(xué)、配位元化學(xué)、原子簇化學(xué)、金屬有機(jī)化學(xué)等方向,無(wú)論在理論上或應(yīng)用上都取得了很大的成績(jī)。談到我國(guó)的鎢化學(xué)研究,首先要提及已故中科院院士、復(fù)旦大學(xué)顧冀東教授,是他開(kāi)創(chuàng)和推動(dòng)了我國(guó)鎢鉬化學(xué)的研究,培育了數(shù)代科研骨幹,他致力於鎢鉬化學(xué)研究有很深的造詣,特別對(duì)鎢酸在水溶液中的平衡有獨(dú)創(chuàng)的見(jiàn)解,在此基礎(chǔ)上他提出製備粉狀白鎢酸的方法,有重大突破,是20世紀(jì)80年代我國(guó)無(wú)機(jī)化學(xué)方面的重要成果之一,受到他的思想與關(guān)懷,復(fù)旦大學(xué)、東北師範(fàn)大學(xué)、吉林大學(xué)等高校,鎢鉬化學(xué)的研究順利開(kāi)展,十分活躍。

化學(xué)元素週期表圖片
金屬氧酸(鹽)化學(xué)

金屬氧酸(鹽)又稱多酸,多酸化合物是一類(lèi)含有氧橋的多核化合物,可表示為:[MmOy]p-(同多陰離子)[XxMmOy]q-(x<m)(雜多陰離子)其中M是鎢或鉬也可以是釩、鈮或鉭,或同時(shí)含有兩種以上的這些元素。X是雜原子。因其均一的多聚體,具有球狀和籠形結(jié)構(gòu),顯示優(yōu)異的氧化性和“橡皮鍵合”性質(zhì),能在拉伸和扭轉(zhuǎn)下,保持形狀不變,這就是科學(xué)上的拓補(bǔ)性。它們的化學(xué)行為十分豐富,在合成、結(jié)構(gòu)、光、電、磁性質(zhì)及反應(yīng)上引起人們的極大興趣,而且已在催化、功能材料、藥物等方面廣泛應(yīng)用,猶如一顆明星閃爍于鎢鉬化學(xué)的天空裡,多酸的製備,傳統(tǒng)的有酸化法和降解法,可以得到巨大分子和特殊結(jié)構(gòu)的多酸化合物,為研究它們的性能和應(yīng)用提供了可能性,例如A.Muller和M.T.Pope採(cǎi)用水熱法合成含248個(gè)慕原子的巨型多鉬酸鹽,起了一個(gè)帶頭作用。楊文斌等合成含有142個(gè)鉬原子具有納米空洞的殘缺輪狀多酸簇合物,Na26[Mo142O432H14(H2O)58]?ca300H2O是一種有新穎結(jié)構(gòu)和獨(dú)特性能的納米級(jí)超高核金屬氧簇合物。李培等用光化學(xué)合成法值得混合加Keggin結(jié)構(gòu)來(lái)磷鎢鉬雜多化合物(Bu4N)4PW11MoO40,劉士忠等合成四聚12-鉬磷雜多酸鹽,擴(kuò)大了多酸的品種。利用化學(xué)手段以高核多聚金屬氧酸鹽為主體引入有機(jī)基團(tuán)或金屬氧簇碎片製成新化合物,是近年來(lái)的新穎成果,例如盧燦忠等將六個(gè)含五價(jià)的{VO}3+基團(tuán)引入{Mo57V6}外環(huán)空間裡,得到納米級(jí)巨型分子(NH4)15[H3Mo57(NO)6V6NV6VO195(H2O)12]ca.6OH2O。

LB膜技術(shù)是一種已有70餘年歷史的新興技術(shù),由於LB膜分子間具有規(guī)整排列,各向異性能實(shí)現(xiàn)能量和電子轉(zhuǎn)移,90年代以來(lái),利用LB膜技術(shù)可以把具有功能特性的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物組裝得到結(jié)構(gòu)新穎,顯現(xiàn)光、電、磁功能的雜化材料已成為一個(gè)新的研究方向。Mcclemente Leon用12-鎢雜多酸(XW12O40,x=H2,P,Si,B,Co)與類(lèi)脂作用制取了一系列有機(jī)/無(wú)機(jī)超晶格LB膜,涉及新型功能磁性材料。呂銀華等製備了12-鉬磷系多酸摻雜聚乙烯醇薄膜,研究其導(dǎo)電性,朱思三等以十聚鎢酸做摻雜劑制得聚乙烯醇導(dǎo)電膜,都是近期的前沿性成果。

催化是金屬氧酸及其鹽的重要應(yīng)方面,例如乙苯除用作合成苯乙烯的原料外,工業(yè)上應(yīng)用不多,但由它氧化生成的苯乙酮?jiǎng)t是一個(gè)重要的化工原料。餘雅琴等用鉬釩鑭磷雜多酸化合物L(fēng)a(PMo9V2O39)2為催化劑,使乙苯氧化成苯乙酮選擇性高達(dá)88.57%,有實(shí)用價(jià)值。貴金屬取代雜多化合物有顯著的氧化還原性和較高的催化能力,Neumann使用矽鎢釘雜多酸在苯乙烯催化均裂氧化反應(yīng)中不僅選擇性好,而且轉(zhuǎn)化率也高。金松林等製備的釘取代鎢矽K5SiW11RuO39,鎢磷K4PW11RuO39、K2P2W17RuO61雜多化合物,應(yīng)用於催化氧化苯乙烯反應(yīng),苯乙烯氧化至苯甲醛後,還能繼續(xù)氧化生成苯甲酸,催化劑對(duì)苯甲醛有很好的選擇性。林欣榮、許靜玉等製備釘、銠、銥取代的鉬磷多酸鹽(Nbu4)xPMo11MO39,M+Ru,Pd,Ir,應(yīng)用於催化氧化環(huán)已烯,不僅轉(zhuǎn)化率高而且還能產(chǎn)生新的環(huán)氧化物,有應(yīng)用前景。

黃如丹、王恩波等首次製備獲得鎢磷雜多化物液晶Na16[P4W30M4(H2O)2O112]?XH2O(M=Cu,Cd),它存在于生理溫度範(fàn)圍內(nèi),在仿生學(xué)上研製無(wú)機(jī)細(xì)胞膜有重要作用,合成多金屬氧酸鹽溶液晶的成功,為多酸的研究領(lǐng)域打開(kāi)了一扇新的視窗,前景無(wú)限光明。通過(guò)改變陰離子的組成來(lái)調(diào)節(jié)多酸的催化活性以及生物活性,是當(dāng)前又一個(gè)研究熱點(diǎn),劉景福等以鉬、鈦取代磷鎢酸鹽,得到具有Dawson結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物,為多酸的應(yīng)用提供了新物種。

此外,金屬氧酸鹽在化學(xué)類(lèi)比生物固氮,抗腫瘤、抗病毒??箰?ài)滋病毒、抗血凝和抗風(fēng)濕等方面都有新的作為與貢獻(xiàn)。例如代號(hào)為HAP-23的藥物,是一種含鎢銻的雜多酸,分子式為(NH4)14Na[NASb9W21O86];代號(hào)為MP-19的藥物是含鎢鈦的雜多酸,分子式為K7[Pti2W10O40]?6H2O;代號(hào)為PM-104的是一種獨(dú)特結(jié)構(gòu),十分龐大的雜多鉬酸,分子式為(NH4)12H2[EuMo29O100(H2O)16]?13H2O,他們都有抗愛(ài)滋病毒的功能。瘙癢病是發(fā)生在山羊和綿羊身上的一種神經(jīng)系統(tǒng)疾病,類(lèi)似“瘋牛病”,是由濾過(guò)性病毒引起的慢性病,癥狀為嚴(yán)重瘙癢,衰弱,肌肉共濟(jì)失調(diào),最後導(dǎo)致死亡,HPA-23就有抗瘙癢病毒的功效,這方面的研究十分活躍,法國(guó)、應(yīng)該、德國(guó)、美國(guó)都做出了貢獻(xiàn),日本的Yamase成績(jī)突出,我國(guó)學(xué)者王恩波教授在這方面有出色的工作。

鎢鉬的分子氮配合物化學(xué)

由於某些鎢的二氮配合物如Mo(N2)2(PMePh2)、W(N2)2(PMePh)等在質(zhì)子介質(zhì)中可以得到高產(chǎn)率的NH3,為人工固氮開(kāi)闢了新的途徑。為此,大量的研究工作有:新的鉬二氮配合物的合成與性質(zhì)研究;鉬二氮配合物在質(zhì)子介質(zhì)中轉(zhuǎn)變?yōu)镹H3的機(jī)理研究;Mo=NH在H2還原為NH3過(guò)程中的作用等,既有理論意義又有實(shí)際應(yīng)用,受到人們的關(guān)注。

鎢鉬氫配合物及其反應(yīng)性的研究

鉬的含硫配體配合物在氫化脫硫及固氮的過(guò)程中都有氫向有機(jī)硫化物或分子氮轉(zhuǎn)移的趨向,在這些催化過(guò)程中估計(jì)應(yīng)有鉬氫配合物中間體生成,但至今尚未觀察到。近幾年來(lái),通過(guò)多種途徑,合成了許多以磷硫?yàn)榕湮画h(huán)境的鎢鉬氮配合物語(yǔ),如:[MoH4(dppe)4]、MoH(C6H4S2)3等,並對(duì)它們的反應(yīng)性進(jìn)行了研究,特別是和許多小分子如CO、CO2、SO2、N2等的反應(yīng),具有重要意義。

鎢鉬的雜環(huán)化合物

自從聚矽苯乙烯合成成功並對(duì)其性質(zhì)有所認(rèn)識(shí)之後,人們對(duì)無(wú)機(jī)高聚物的興趣日益增長(zhǎng)。80年代後期合成了第一個(gè)環(huán)磷氮烯[Cl3MN3(pph2)2],當(dāng)?shù)篆h(huán)上一個(gè)磷被鎢或鉬取代,即可生成雜環(huán)化合物。這種含鎢、鉬的雜環(huán)化合物有作為催化劑的可能性。研究工作方興未艾。

鎢鉬的過(guò)氧配合物與金屬有機(jī)化合物研究

在H2O2體系中,鎢鉬可形成過(guò)氧化合物。過(guò)氧多鎢酸可以簡(jiǎn)單地表示為WO3?0.6H2O2?nH2O≈2.是一種優(yōu)良的無(wú)機(jī)抗蝕劑,靈敏度高,可以濕式塗敷,很有發(fā)展前途。他們還具有感光性,在平版印刷、超高積體電路和量子器件中是不可缺少的線路材料。過(guò)氧多鎢酸自發(fā)現(xiàn)以來(lái)時(shí)間尚短,許多結(jié)構(gòu)問(wèn)題沒(méi)有搞清楚,但是作為感光性無(wú)機(jī)材料,由於其獨(dú)特的性質(zhì),應(yīng)用廣泛,促進(jìn)了化學(xué)家在基礎(chǔ)理論上深入對(duì)它進(jìn)行研究。

鎢鉬有強(qiáng)烈形成雙核及多核化合物的傾向,同核及異核原子簇有機(jī)化合物種類(lèi)繁多。除符合18電子規(guī)則的金屬有機(jī)化合物外,近年來(lái)還合成出具有19電子、17電子和16電子的化合物,這類(lèi)化合物有著廣泛的應(yīng)用前景。

[摘自《20世紀(jì)中國(guó)學(xué)術(shù)大典:化學(xué)》]

評(píng)論被關(guān)閉。

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