目录
1 引言 1
1.1 催化剂及其应用 1
1.2 杂多酸的分类和特性 2
1.3 杂多酸的国内外研究进展 4
1.4 磷钨酸 5
1.5 氧化反应与催化剂 6
1.6 选题的目的及意义 7
2 实验部分 8
2.1 主要实验试剂及仪器 8
2.2 实验步骤 9
2.3 性能测试 10
3 结果与讨论 12
3.1 催化剂结构的表征 12
3.2 影响磷钨酸催化性能的因素 13
3.3 催化剂的重复使用性能 17
3.4 磷钨杂多酸催化氧化机理初探 18
结论 19
致 谢 20
参考文献 21
1 引言
随着绿色与可持续化学(Green and Sustainable Chemistry)概念的提出，人们把精力越来越多地投向环境友好的绿色合成方法研究[1]。绿色化学作为化学和化学工业发展的方向越来越多地受到各国政府、学术界和企业的重视。其中，对于催化剂的研究备受关注。
工业上一些重要的催化反应常存在腐蚀、操作条件苛刻、收率低、催化剂有毒且难分离、废水污染、有副产物等缺点。由于环境污染日趋严重，环境保护要求石化工业进行环境友好催化过程，使反应产品纯度高，副产品、三废少;反应过程选择性接近100%，催化剂不失活。这就迫切需要开发环境友好的无毒无害催化剂，来满足生产和环保要求。
杂多酸(Heteropolyacid)，也称多金属氧簇(Polyoxometalate)，是一类由氧原子桥接金属原子形成的金属－氧簇化合物。杂多酸 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2# 
是具有均匀强度的质子酸，通常由不同的金属含氧酸根在酸化加热条件下缩合而成。杂多酸的基本结构是在中心原子周围，由［MO6］八面体和［MO4］四面体通过共角、共边、或者共面连接生成的结构不同的多阴离子结构。
杂多酸具有良好的催化性能，是高效的双功能催化剂，即有酸催化性能，又具有氧化还原催化性能。杂多酸结构稳定，可以用在均相或非均相催化环境，也可以与相转移催化剂共同使用。杂多酸对环境无污染，对设备腐蚀性小，是一类很有发展前途的绿色催化剂。杂多酸催化的反应活性高，选择性好，广泛在分析化学，表面化学，药物化学，电化学，食品化学，光化学和催化化学领域。
1.1 催化剂及其应用
在化学反应里能改变反应物化学反应速率（既能提高也能降低）而不改变化学平衡，且本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂（固体催化剂也叫触媒）。催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化；它和反应体系的关系就像锁与钥匙的关系一样，具有高度的选择性（或专一性）。一种催化剂并非对所有的化学反应都有催化作用，例如二氧化锰在氯酸钾受热分解中起催化作用，加快化学反应速率，但对其他的化学反应就不一定有催化作用。某些化学反应并非只有唯一的催化剂，例如氯酸钾受热分解中能起催化作用的还有氧化镁、氧化铁和氧化铜等等，氯酸钾制取氧气时还可用红砖粉或氧化铜等做催化剂。
催化剂种类繁多，按状态可分为液体催化剂和固体催化剂；按反应体系的相态分为均相催化剂和多相催化剂，均相催化剂有酸、碱、可溶性过渡金属化合物和过氧化物催化剂。多相催化剂有固体酸催化剂、有机碱催化剂、金属催化剂、金属氧化物催化剂、络合物催化剂、稀土催化剂、分子筛催化剂、生物催化剂、纳米催化剂等；按照反应类型又分为聚合、缩聚、酯化、缩醛化、加氢、脱氢、氧化、还原、烷基化、异构化等催化剂；按照作用大小还分为主催化剂和助催化剂。
催化剂在化工生产中具有重要而广泛的应用，生产化肥、农药、多种化工原料等都要使用催化剂。在化工生产、科学家实验和生命活动中，催化剂都大显身手。例如，硫酸生产中要用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气，要用以铁为主的多组分催化剂，提高反应速率。在炼油厂，催化剂更是少不了，选用不同的催化剂，就可以得到不同品质的汽油、煤油。化工合成酸性和碱性色可赛思催化剂。汽车尾气中含有害的一氧化碳和一氧化氮，利用铂等金属作催化剂可以迅速将二者转化为无害的二氧化碳和氮气。酶是植物、动物和微生物产生的具有催化能力的蛋白质，生物体的化学反应几乎都在酶的催化作用下进行，酿造业、制药业等都要用催化剂催化。
催化剂可使化学反应物在不改变的情形下，经由只需较少活化能（activation energy）的路径来进行化学反应。而通常在这种能量下，分子不是无法完成化学反应，就是需要较长时间来完成化学反应。但在有催化剂的环境下，分子只需较少的能量即可完成化学反应。
催化剂用量很少，一定要选用得当，最好使用混合型催化剂。无机酸、碱、盐催化剂都有一定的腐蚀性和毒害性;有机类催化剂多数易燃，甚至有爆炸性，还有毒性，像三氟化硼一乙醚络合物属剧毒物，在处理、储存和使用时都要注意安全。
催化剂的发展应是高效化、低腐蚀化、纳米化、环保化。高效可以用量更少，低腐蚀可减少对设备的损害，纳米化可使金属氧化物催化剂效率更高，环保化有益于健康和环境友好。
1.2 杂多酸的分类和特性
杂多酸是由中心原子(如P、Si、As、Ge 等)和配位原子(如 Mo、V、W等)以一定的结构通过氧原子配杂多酸是由中心原子(如 P、Si、As、Ge等)和配位原子(如Mo、V、W等)以一定的结构通过氧原子配位桥联而成的含氧多元酸的总称。
主要有以下常见结构：
(1) 1：12的Keggin 型结构。通式为 [XM12O40]n-( X = P，Si，Ge等，M = W，Mo等) 如 PW12O403- ，SiW12O404-，PMo12O403-等。
(2)2：18的Dawson型结构。通式为 [X2M18O62]n-( X = Mo，W 等，M = P，As等) ，可以看做是Keggin 型的衍生物。

(3) 缺位型杂多酸。缺位型杂多酸是两种被广泛研究的单缺位和双缺位型杂多酸，缺位处可以被过渡金属原子配位，形成取代杂多酸。
(4) 取代型杂多酸。取代型杂多酸是过渡金属取代的γ-Keggin型和 sandwich型杂多酸。
图1.1 杂多酸阴离子结构示意图
由于其独特的笼型结构所致的“拟液相”特性，使催化反应不仅能在表面上进行，而且同时在其体相内进行，因此杂多酸的催化活性较高，选择性好。杂多酸既具有酸性又具有氧化性，而且通过变更其组成元素可以在很大范围内进行系统性调整。因此杂多酸既可以作为酸催化剂又可作为氧化催化剂，此外杂多酸尚具有光电催化的功能，能起到阻聚的作用等。因此是一种理想的催化剂。其优异特性概括起来主要包括一下五方面：
过氧化氢被认为是较清洁的氧化剂，但是由于其成本较高，使用浓度被严格限制，运输和储存中需要花费大量额外的费用，因而双氧水往往被用于一些高附加值的精细化学品、药品、农药的氧化过程，一些要求产品纯度很高的电子材料的合成也往往采用双氧水来氧化。过氧化氢新生产技术和原位生成过氧化氢技术的开发是解决此问题的关键。使用空气或氧气为氧化剂，适用性更广、成本更低、效率更高，具有广阔的应用前景。采用氧气为氧化剂的困难在于，大多数的元素和化合物在室温下与氧气的反应很慢。对于基态氧分子，产生这种反应惰性有两个原因。其一，氧气参与的氧化还原反应往往是多电子反应，一般条件下不可能通过一步反应实现；其二，自旋守恒原理认为，产物自旋守恒的基元反应较容易进行，是自旋允许的反应，而自旋不守恒的基元反应需要附加的电子成对能，活化能较大，被称为自旋禁阻反应，基态为三线态的氧分子与基态为单线态的醇在温和条件下由于自旋禁阻作用很难反应，需要较高的活化能。而分子氧一旦被活化，它的双自由基性质会促使形成高反应性及非选择性的自由基中间体，这些中间体的反应活性往往比底物强，在反应条件下很容易造成深度氧化。这不仅造成资源浪费和环境污染，而且给产物的分离和提纯带来很大困难。如何控制氧化深度，提高目的产物的选择性是需要研究解决的关键问题。

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