摘 要

多金属氧簇(POMs)因其自身存在的独特结构性质，在催化、医药、电化学等各个领域都有潜在的应用。本文介绍了多金属氧簇的组成结构、特点以及近年来各个领域应用上取得的进展，对多金属氧簇的研究以不同金属中心原子的钼系、钨系、钒系多金属氧簇从其结构上进行分类，对多金属氧簇作为光催化剂对水体污染物中有机染料的降解、有毒金属的还原，以及有机物的转化做了完整的归纳，并对多金属氧簇作为光催化剂的应用前景进行了展望。

关键词：多金属氧簇；晶体结构；光催化；有机污染物；

Abstract

Polyoxometalates (POMs) have potential applications in catalysis, medicine, electrochemistry and other fields due to their unique structural properties. In this paper, the composition, structure, characteristics and application progress of polyoxometalates in various fields in recent years are introduced. The research of polyoxometalates is based on the classification of molybdenum, tungsten and vanadium polyoxometalates with different metal center atoms. The application of Polyoxometalates in the field of photocatalysis is discussed. They are used as photocatalysts for organic contamination of water pollutants The degradation of raw materials, the reduction of toxic metals and the conversion of organic compounds are summarized. The application prospect of bing'dui polyoxometalates as photocatalysts is prospected.

Key Words：polyoxometalates；crystal structure；photocatalysis；organic pollutant；

目 录

第1章 绪论 1

1.1 多金属氧簇概述 1

1.1.1 多金属氧簇的结构 1

1.1.2 多金属氧簇的特点 2

1.1.3 多金属氧簇的应用 3

1.2 课题研究的背景及意义 5

第2章 多金属氧簇的研究现状 6

2.1 钼系多金属氧簇研究 6

2.1.1 钼系Keggin型结构多金属氧簇 6

2.1.2 钼系Dawson型结构多金属氧簇 8

2.1.3 钼系其它型结构多金属氧簇 10

2.2 钨系多金属氧簇研究 11

2.2.1 钨系Keggin型结构多金属氧簇 11

2.2.2 钨系Dawson型结构多金属氧簇 13

2.2.3 钨系其它型结构多金属氧簇 15

2.3 钒系多金属氧簇研究 16

第3章 多金属氧簇光催化研究 20

3.1 光催化概述 20

3.2 多金属氧簇光催化降解水体环境污染物 21

3.2.1 多金属氧簇对有机污染物的降解 21

3.2.2 多金属氧簇催化还原重金属 25

3.3 多金属氧簇光催化有机物合成 26

第4章 结论与展望 29

参考文献 30

致 谢 36

第1章 绪论

随着科技快速发展，人类生活水平不断提升，所带来的环境问题也变得更加的严重，环境污染成为危害人类生存的重大问题。如何有效地去除工业废水中存在的污染物是近年来材料和环境科学中的热门方向，目前对其中存在的有机污染物常见的处理方法为化学絮凝法、生化法、化学沉淀法、树脂吸附法、电解法、活性炭吸附法等，但几乎都达不到国家要求的排放标准，存在效率低下、二次污染、催化剂不易回收等诸多问题。多金属氧簇光催化降解技术因为能够实现这些要求，而引起了广泛的关注，它具有环保性、简便性、安全性和无二次污染性等优点。光催化降解技术可以将有机污染物完全氧化为H₂O，CO₂等小分子^[1]，其原理是在光照的条件下，催化剂产生具有强氧化性的自由基，这些自由基把有机物完全氧化，最后变成对环境无污染的H₂O，CO₂等小分子，从而实现降解废水的目的。众多光催化剂中，多金属氧簇因特殊的“笼形”结构、强酸和强氧化性、假液相性、可“调谐”的电子性质、富氧表面、价格实惠等特点而具有巨大应用潜力^[2]。除此以外，多金属氧簇还能实现对有毒金属的还原，在解决环境污染这个问题上具有强大的优势。

1.1 多金属氧簇概述

1.1.1 多金属氧簇的结构

多金属氧簇(Polyoxometalates)，简称为多酸(POMs)，它的实质是一类以过渡金属为中心(Mo, W, V, Nb, Ta…)通过桥氧连接而形成的多核金属-氧簇类配合物^[3]。它是由两个或两个以上的含氧酸分子脱水缩合形成的缩合酸，同种含氧酸盐脱水得到的为同多酸，两种或两种以上含氧酸盐脱水得到的为杂多酸(HPA)^[4-5]。杂多化合物由反荷阳离子、杂多阴离子、结晶水或有机分子组成，反荷阳离子一般为质子、金属离子或有机阳离子。杂多阴离子为POMs的一级结构，它是由众多元素种类的杂原子与氧原子组成的多面体和配原子（一般为过渡金属元素）配位而成；反荷阳离子与杂多阴离子组成POMs的二级结构；杂多阴离子、反荷阳离子、结晶水或有机分子最后构成POMs的三级结构。多金属氧簇及其盐类可根据一级结构杂多阴离子的组成结构不同，分为六种基本结构^[6-11]：Keggin型、Dawson型、Anderson型、Waugh型、Silverton型和Lindqvist型，如图1.1所示。

图1.1 多金属氧簇的六大经典结构图^[6-11]

(1) Keggin结构：杂原子(X)与配原子(M)比为1：12，构型为T_d四面体对称，阴离子通式为[XM₁₂O₄₀]^n-，X = P, Si, Ge, As…；M = Mo, W…。如[PW₁₂O₄₀]^3-、[SiW₁₂O₄₀]^3-等。

(2) Dawson结构：杂原子(X)与配原子(M)比为2：18，构型为D_3h四面体对称，阴离子通式为[X₂M₁₈O₆₂]^n-，X= P, As, S…；M = W, Mo。如[P₂W₁₈O₆₂]^6-、[As₂Mo₁₈O₆₂]^6-等。