Characterization and catalytic applications of hydrothermally synthesized poyoxotungstate clusters containing organic-inorganic hybrid materials

Abstract

Many scientists have been interested in hydrothermal synthesis and characterization of polyoxometalate clusters containing organic-inorganic hybrid materials recently because of having different applications in lots of fields, especially, using as catalysis in chemical reactions. In this study, three novel polyoxotungstate clusters were synthesized using hydrothermal method and catalytic activities of these three novel polyoxometalates and in addition two crystals previously synthesized in our group were studied. The first compound, [(4,4’-bpyH2)3][PCuW11O39] yellow crystals, crystallize in the space group P2(1)/n of the monoclinic system with four formula units in a cell. The crystal is a Keggin polyoxometalate and includes free 4,4’-bipyridine groups between the clusters. The second compound, (4,4’-bpyH2)[H2PW12O40]2.H2O colorless crystals, crystallize in the space group Ia-3 of the cubic system with twelve formula units in a cell. The crystal is a Keggin polyoxometalate and consists of two polyoxotungstate clusters, a free 4,4’-bipyridine group and a water molecule. The third and the last novel compound, (4,4’-bpyH2)4[H2P2W18O62]2 dark yellow crystals, crystallize in the space group P-1 of the triclinic system with four formula units in a cell. The crystal is a Wells-Dawson polyoxometalate and contains two polyoxotungstate clusters and free 4,4’-bipyridine groups between clusters. The catalytic study has been carried out using starch hydrolysis reactions by using hydrothermal synthesis and five different crystals were tried and conversion results were obtained. Starch samples converted to D-glucose with glucose yields above 90 wt.%. Catalyst reusability was performed for each crystal. No appreciable loss was observed in activity after five reaction cycles for each crystal.

Son zamanlarda, birçok alanda farklı uygulamalarının olması özellikle kimyasal reaksiyonlarda katalizör olarak kullanılmalarından dolayı birçok bilim adamı polioksometal kümeleri içeren organik-inorganik melez malzemelerin hidrotermal sentezi ve karakterizasyonu ile ilgilenmektedir. Bu çalışmada, üç adet yeni polioksotungstat kümesi hidrotermal sentez ile sentezlenmiş ve bu yeni bileşikler ile birlikte iki adet daha önce grubumuzda sentezlenmiş olan kristallerin katalitik aktiviteleri çalışılmıştır. İlk bileşik, [(4,4’-bpyH2)3][PCuW11O39] sarı kristalleri, monoklinik sistemin P2(1)/n uzay grubunda olup, dört formül birimi içeren birim hücrede kristallenmiştir. Kristal, Keggin polioksometal yapısına sahiptir ve kristalin yapısındaki 4,4’-bipiridin grupları, [PCuW11O39]6- kümelerinin arasında serbest halde bulunmaktadır. İkinci bileşik, (4,4’-bpyH2)[H2PW12O40]2.H2O şeffaf kristalleri, kübik sistemin Ia-3 uzay grubunda olup, 12 formül birimi içeren birim hücrede kristallenmiştir. Kristal Keggin polioksometal yapısına sahiptir ve iki adet polioksotunstat kümesi ile kümeler arasında serbest halde bulunan 4,4’-bipiridin grubu ile su molekülünden oluşmaktadır. Üçüncü ve son bileşik, (4,4’-bpyH2)4[H2P2W18O62]2 koyu sarı kristalleri, triklinik sistemin P-1 uzay grubunda olup, dört formül birimi içeren birim hücrede kristallenmiştir. Kristal Wells-Dawson polioksometal yapısına sahiptir ve iki adet polioksotungstat kümesi ile kümeler arasında serbest halde bulunan 4,4’-bipiridin gruplarını içermektedir. Katalitik çalışmada, hidrotermal sentez ve nişasta hidroliz reaksiyonları ile beş farklı kristal kullanılmış ve dönüşüm sonuçları elde edilmiştir. Nişasta örnekleri kütlece %90 glikoz verimi ile D-glikoza dönüşmüştür. Her bir kristal için yeniden kullanılabilirlik denemeleri yapılmıştır. Beş reaksiyon döngüsü sonucunda her bir kristalin katalitik aktivitesinde kayda değer bir azalışa rastlanmamıştır.