catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2024-6-3-12catal-1079Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYКатализаторы на основе ванадийсодержащих гетерополисоединений: влияние внешнесферного катиона на физико-химические и окислительные свойства Si-W-V гетерополикислотыCatalysts based on vanadium-containing heteropoly compounds: influence of the outer-sphere cation on physicochemical and catalytic properties of Si-W-V heteropolyacidРодиковаЮ. А.RodikovaYu. A.ctls@kalvis.ruКардашТ. Ю.KardashT. Y.ctls@kalvis.ruЖижинаЕ. Г.ZhizhinaE. G.ctls@kalvis.ruИнститут катализа СО РАН, НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis, NovosibirskRussian Federation202402122024246312Copyright © LLC "KALVIS", 20242024LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/1079

Изучено влияние каталитически активных атомов ванадия (V) на физико-химические свойства кремнийвольфрамовой гетерополикислоты. Показано, что введение в каркас моновакантных W-содержащих гетерополианионов атомов ванадия (V) в виде раствора H6V10O28, приготовленного экологичным пероксидным методом, обеспечивает формирование смешанных Si-W-V анионов при сохранении целостности структуры. Продемонстрировано, что частичное замещение протонов крупными катионами, такими как Cs+ и nBu4N+, приводит к осаждению нерастворимых кислых солей состава А4,5H0,5SiW11VO40, свойства которых значительно изменяются в зависимости от типа вводимого противоиона (А+). Выполнено сопоставление текстурных характеристик синтезированных солей, получены их ТГ/ДТГ/ДСК профили, проанализирован фазовый состав. Характеризация образцов после гидротермальной обработки методами ИК-НПВО, РФА и ИСП-АЭС доказала высокую устойчивость синтезированных солей. Образцы продемонстрировали активность в качестве обратимо действующих окислителей в реакции преобразования 5-гидроксиметилфурфурола в водной среде с выходом 2,5-диформилфурана до 89 %, а также сохранение эффективности при повторном использовании.

The effect of the introduction of catalytically active vanadium(V) atoms on the physicochemical properties of silicotungstic heteropolyacid has been studied. The insertion of vanadium(V) atoms into the framework of monovacant lacunar W-containing heteropolyanions in the form of a H6V10O28 solution prepared by an environmentally friendly peroxide method has been shown to ensure the formation of a mixed Si-W-V heteropolyanions while maintaining the integrity of the structure. It has been demonstrated that the partial replacement of protons with large cations, such as Cs+ and nBu4N+, leads to the precipitation of insoluble acid salts of the composition A4,5H0,5SiW11VO40, the properties of which vary significantly depending on the type of introduced counterion (A+). The textural characteristics of the synthesized salts have been compared, the TG/DTG/DSC profiles have been obtained, and a phase composition has been analyzed. Characterization of samples after hydrothermal treatment by IR, XRD, and ICP-AES methods has proved the high stability of the synthesized salts. The samples have demonstrated catalytic activity in the oxidation of 5-hydroxymethylfurfural in an aqueous medium, providing the formation of 2,5-diformylfuran with a yield of up to 89%, and the possibility of reusing.

гетерополикислотагетерогенный катализокислениевнедрение ванадия5-гидроксиметилфурфурол25-диформилфуранheteropolyacidheterogeneous catalysisoxidationintroduction of vanadium5-hydroxymethylfurfural25-diformylfuranReferencesAng T.-Z., Salem M., Kamarol M., Das H.S., Nazari M.A., Prabaharan N. // Energy Strategy Reviews. 2022. V. 43. ID 100939. https://doi.org/10.1016/j.esr.2022.100939Ang T.-Z., Salem M., Kamarol M., Das H.S., Nazari M.A., Prabaharan N. // Energy Strategy Reviews. 2022. V. 43. ID 100939. https://doi.org/10.1016/j.esr.2022.100939Irmak S. in Biomass Volume Estimation and Valorization for Energy (Ed.Tumuluru, J.S.). InTech, 2017.Irmak S. in Biomass Volume Estimation and Valorization for Energy (Ed.Tumuluru, J.S.). InTech, 2017.Kucherov F.A., Romashov L.V., Galkin K.I., Ananikov V.P. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018. V. 6. № 7. P. 8064–8092. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00971Kucherov F.A., Romashov L.V., Galkin K.I., Ananikov V.P. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018. V. 6. № 7. P. 8064–8092. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b00971Fan W., Verrier C., Queneau Y., Popowycz F. // Curr. Org. Synth. 2019. V. 16. № 4. P. 583–614. https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738Fan W., Verrier C., Queneau Y., Popowycz F. // Curr. Org. Synth. 2019. V. 16. № 4. P. 583–614. https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738Xia H., Xu S., Hu H., An J., Li C. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 54. P. 30875–30886. https://doi.org/10.1039/C8RA05308AXia H., Xu S., Hu H., An J., Li C. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 54. P. 30875–30886. https://doi.org/10.1039/C8RA05308AMa J., Du Z., Xu J., Chu Q., Pang Y. // ChemSusChem. 2011. V. 4. № 1. P. 51–54. https://doi.org/10.1002/cssc.201000273Ma J., Du Z., Xu J., Chu Q., Pang Y. // ChemSusChem. 2011. V. 4. № 1. P. 51–54. https://doi.org/10.1002/cssc.201000273Derflinger C., Kamm B., Paulik C. // International Journal of Biobased Plastics. 2021. V. 3. № 1. P. 29–39. https://doi.org/10.1080/24759651.2021.1877025Derflinger C., Kamm B., Paulik C. // International Journal of Biobased Plastics. 2021. V. 3. № 1. P. 29–39. https://doi.org/10.1080/24759651.2021.1877025Girka Q., Hausser N., Estrine B., Hoffmann N., Le Bras J., Marinković S., Muzart J. // Green Chem. 2017. V. 19. № 17. P. 4074–4079. https://doi.org/10.1039/C7GC01534HGirka Q., Hausser N., Estrine B., Hoffmann N., Le Bras J., Marinković S., Muzart J. // Green Chem. 2017. V. 19. № 17. P. 4074–4079. https://doi.org/10.1039/C7GC01534HDutta S., Wu L., Mascal M. // Green Chem. 2015. V. 17. P. 3737–3739. https://doi.org/10.1039/C5GC00936GDutta S., Wu L., Mascal M. // Green Chem. 2015. V. 17. P. 3737–3739. https://doi.org/10.1039/C5GC00936GGao X., Li Z., Zhang D., Zhao X., Wang Y. // Chin. J. Chem. Eng. 2023. V. 53. P. 310–316. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2021.12.026Gao X., Li Z., Zhang D., Zhao X., Wang Y. // Chin. J. Chem. Eng. 2023. V. 53. P. 310–316. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2021.12.026Xu Y., Jia X., Ma J., Gao J., Xia F., Li X., Xu J. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018. V. 6. № 3. P. 2888–2892. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b03913Xu Y., Jia X., Ma J., Gao J., Xia F., Li X., Xu J. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018. V. 6. № 3. P. 2888–2892. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b03913Xu Y., Jia X., Ma J., Gao J., Xia F., Li X., Xu J. // Green Chem. 2018. V. 20. № 12. P. 2697–2701. https://doi.org/10.1039/C8GC00947CXu Y., Jia X., Ma J., Gao J., Xia F., Li X., Xu J. // Green Chem. 2018. V. 20. № 12. P. 2697–2701. https://doi.org/10.1039/C8GC00947CAmarasekara A.S., Green D., Williams L.T.D. // Eur. Polym. J. 2009. V. 45. № 2. P. 595–598. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2008.11.012Amarasekara A.S., Green D., Williams L.T.D. // Eur. Polym. J. 2009. V. 45. № 2. P. 595–598. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2008.11.012Delidovich I., Hausoul P.J.C., Deng L., Pfutzenreuter R., Rose M., Palkovits R. // Chem. Rev. 2016. V. 116. № 3. P. 1540–1599. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00354Delidovich I., Hausoul P.J.C., Deng L., Pfutzenreuter R., Rose M., Palkovits R. // Chem. Rev. 2016. V. 116. № 3. P. 1540–1599. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00354Vijjamarri S., Streed S., Serum E.M., Sibi M.P., Du G. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018. V. 6. № 2. P. 2491–2497. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b03932Vijjamarri S., Streed S., Serum E.M., Sibi M.P., Du G. // ACS Sustainable Chem. Eng. 2018. V. 6. № 2. P. 2491–2497. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.7b03932Dhers S., Vantomme G., Avérous L. // Green Chem. 2019. V. 21. P. 1596–1601. https://doi.org/10.1039/C9GC00540DDhers S., Vantomme G., Avérous L. // Green Chem. 2019. V. 21. P. 1596–1601. https://doi.org/10.1039/C9GC00540DMa J., Wang M., Du Z., Chen C., Gao J., Xu J. // Polym. Chem. 2012. V. 3. P. 2346–2349. https://doi.org/10.1039/C2PY20367GMa J., Wang M., Du Z., Chen C., Gao J., Xu J. // Polym. Chem. 2012. V. 3. P. 2346–2349. https://doi.org/10.1039/C2PY20367GDanielli C., van Langen L., Boes D., Asaro F., Anselmi S., Provenza F., Renzi M., Gardossi L. // RSC Adv. 2022. V. 12. P. 35676–35684. https://doi.org/10.1039/D2RA07153CDanielli C., van Langen L., Boes D., Asaro F., Anselmi S., Provenza F., Renzi M., Gardossi L. // RSC Adv. 2022. V. 12. P. 35676–35684. https://doi.org/10.1039/D2RA07153CPal P., Saravanamurugan S. // ChemSusChem. 2019. V. 12. № 1. P. 145–163. https://doi.org/10.1002/cssc.201801744Pal P., Saravanamurugan S. // ChemSusChem. 2019. V. 12. № 1. P. 145–163. https://doi.org/10.1002/cssc.201801744Derflinger C., Kamm B., Meissner G., Spod H., Paulik C. // ChemistrySelect. 2023. V. 8. № 38. ID e202302056. https://doi.org/10.1002/slct.202302056Derflinger C., Kamm B., Meissner G., Spod H., Paulik C. // ChemistrySelect. 2023. V. 8. № 38. ID e202302056. https://doi.org/10.1002/slct.202302056Tong X., Sun Y., Bai X., Li Y. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 44307–44311. https://doi.org/10.1039/C4RA07181FTong X., Sun Y., Bai X., Li Y. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 44307–44311. https://doi.org/10.1039/C4RA07181FChernyshev V.M., Kravchenko O.A., Ananikov V.P. // Russ. Chem. Rev. 2017. V. 86. № 5. P. 357–387. https://doi.org/10.1070/RCR4700Chernyshev V.M., Kravchenko O.A., Ananikov V.P. // Russ. Chem. Rev. 2017. V. 86. № 5. P. 357–387. https://doi.org/10.1070/RCR4700Chen Y., Li F., Li S., Zhang L., Sun M. // Inorg. Chem. Commun. 2022. V. 135, ID 109084. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2021.109084Chen Y., Li F., Li S., Zhang L., Sun M. // Inorg. Chem. Commun. 2022. V. 135, ID 109084. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2021.109084Woźniak B.M.J., Staszak K., Bajek A., Pniewski F., Jastrząb R., Staszak M., Tylkowski B., Wieszczycka K. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 493, ID 215306.Woźniak B.M.J., Staszak K., Bajek A., Pniewski F., Jastrząb R., Staszak M., Tylkowski B., Wieszczycka K. // Coord. Chem. Rev. 2023. V. 493, ID 215306.https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215306https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215306Wang J., Fu X., Wang J., Hu C. // Sci. China Ser. B-Chem. 2009. V. 52. P. 2096–2105. https://doi.org/10.1007/s11426-009-0191-zWang J., Fu X., Wang J., Hu C. // Sci. China Ser. B-Chem. 2009. V. 52. P. 2096–2105. https://doi.org/10.1007/s11426-009-0191-zYan S., Li Y., Li P., Jia T., Wang S., Wang X. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 3499–3511. https://doi.org/10.1039/c7ra12842hYan S., Li Y., Li P., Jia T., Wang S., Wang X. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 3499–3511. https://doi.org/10.1039/c7ra12842hChen R., Xin J., Yan D., Dong H., Lu X., Zhang S. // ChemSusChem. 2019. V. 12. P. 2715–2724. https://doi.org/10.1002/cssc.201900651Chen R., Xin J., Yan D., Dong H., Lu X., Zhang S. // ChemSusChem. 2019. V. 12. P. 2715–2724. https://doi.org/10.1002/cssc.201900651Lan J., Lin J., Chen Z., Yin G. // ACS Catal. 2015. V. 5. P. 2035–2041. https://doi.org/10.1021/cs501776nLan J., Lin J., Chen Z., Yin G. // ACS Catal. 2015. V. 5. P. 2035–2041. https://doi.org/10.1021/cs501776nOdyakov V.F., Zhizhina E.G., Rodikova Y.A., Gogin L.L. // Eur. J. Inorg. Chem. 2015. V. 2015. № 22. P. 3618–3631. https://doi.org/10.1002/ejic.201500359Odyakov V.F., Zhizhina E.G., Rodikova Y.A., Gogin L.L. // Eur. J. Inorg. Chem. 2015. V. 2015. № 22. P. 3618–3631. https://doi.org/10.1002/ejic.201500359SU патент № 1782934 A1, опубл. 1992.SU патент № 1782934 A1, опубл. 1992.Subramanian S., Noh J.S., Schwarz J.A. // J. Catal. 1988. V. 114. № 9. P. 433–439. https://doi.org/10.1016/0021-9517(88)90046-2Subramanian S., Noh J.S., Schwarz J.A. // J. Catal. 1988. V. 114. № 9. P. 433–439. https://doi.org/10.1016/0021-9517(88)90046-2Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9–10. P. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. № 9–10. P. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117Громов Н.В., Медведева Т.Б., Таран О.П., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2020. Т. 20. № 3. С.234–242. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2020-3-234-242Громов Н.В., Медведева Т.Б., Таран О.П., Тимофеева М.Н., Пармон В.Н. // Катализ в промышленности. 2020. Т. 20. № 3. С.234–242. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2020-3-234-242Bielański A., Datka J., Gil B., Małecka-Lubańska A., Micek-Ilnicka A. // Catal. Lett. 1999. V. 57. P. 61–64. https://doi.org/10.1023/A:1019070810045Bielański A., Datka J., Gil B., Małecka-Lubańska A., Micek-Ilnicka A. // Catal. Lett. 1999. V. 57. P. 61–64. https://doi.org/10.1023/A:1019070810045Huang T., Tian N., Wu Q., Yan Y., Yan W. // Mater. Chem. Phys. 2015. V. 165. P. 34–38. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.08.026Huang T., Tian N., Wu Q., Yan Y., Yan W. // Mater. Chem. Phys. 2015. V. 165. P. 34–38. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.08.026Fournier M., Thouvenot R., Rocchiccioli-Deltcheff C. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991. V. 87. P. 349–356. https://doi.org/10.1039/FT9918700349Fournier M., Thouvenot R., Rocchiccioli-Deltcheff C. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991. V. 87. P. 349–356. https://doi.org/10.1039/FT9918700349Barats-Damatov D., Shimon L.J.W., Feldman Y., Bendikov T., Neumann R. // Inorg. Chem. 2015. V. 54. № 2. P. 628–634. https://doi.org/10.1021/ic502541bBarats-Damatov D., Shimon L.J.W., Feldman Y., Bendikov T., Neumann R. // Inorg. Chem. 2015. V. 54. № 2. P. 628–634. https://doi.org/10.1021/ic502541bBoeyens J.C.A., McDougal G.J., Smit J. van R. // J. Solid State Chem. 1976. V. 18. № 2. P. 191–199. https://doi.org/10.1016/0022-4596(76)90095-5Boeyens J.C.A., McDougal G.J., Smit J. van R. // J. Solid State Chem. 1976. V. 18. № 2. P. 191–199. https://doi.org/10.1016/0022-4596(76)90095-5Berndt S., Herein D., Zemlin F., Beckmann E., Weinberg G., Schütze J., Mestl G., Schlögl R. // Berichte der Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie. 1998. V. 102. № 5. P. 763–774. https://doi.org/10.1002/bbpc.19981020510Berndt S., Herein D., Zemlin F., Beckmann E., Weinberg G., Schütze J., Mestl G., Schlögl R. // Berichte der Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie. 1998. V. 102. № 5. P. 763–774. https://doi.org/10.1002/bbpc.19981020510Jing F., Katryniok B., Dumeignil F., Bordes-Richard E. // J. Catal. 2014. V. 309. P. 121–135. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.09.014Jing F., Katryniok B., Dumeignil F., Bordes-Richard E. // J. Catal. 2014. V. 309. P. 121–135. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.09.014Alhanash A., Kozhevnikova E.F., Kozhevnikov I.V. // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 378. P. 11–18. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.01.043Alhanash A., Kozhevnikova E.F., Kozhevnikov I.V. // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 378. P. 11–18. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.01.043Vilanculo C.B., da Silva M.J., Rodrigues A.A., Ferreira S.O., da Silva R.C. // RSC Adv. 2021. V. 11. P. 24072–24085. https://doi.org/10.1039/D1RA04191FVilanculo C.B., da Silva M.J., Rodrigues A.A., Ferreira S.O., da Silva R.C. // RSC Adv. 2021. V. 11. P. 24072–24085. https://doi.org/10.1039/D1RA04191F

The authors declare that there are no conflicts of interest present.