Катализаторы на основе ванадийсодержащих гетерополисоединений: влияние внешнесферного катиона на физико-химические и окислительные свойства Si-W-V гетерополикислоты

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.

1. Ang 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.2022.100939

2. Irmak S. in Biomass Volume Estimation and Valorization for Energy (Ed.Tumuluru, J.S.). InTech, 2017.

3. 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.8b00971

4. Fan W., Verrier C., Queneau Y., Popowycz F. // Curr. Org. Synth. 2019. V. 16. № 4. P. 583–614. https://doi.org/10.2174/1570179416666190412164738

5. Xia H., Xu S., Hu H., An J., Li C. // RSC Adv. 2018. V. 8. № 54. P. 30875–30886. https://doi.org/10.1039/C8RA05308A

6. Ma J., Du Z., Xu J., Chu Q., Pang Y. // ChemSusChem. 2011. V. 4. № 1. P. 51–54. https://doi.org/10.1002/cssc.201000273

7. Derflinger C., Kamm B., Paulik C. // International Journal of Biobased Plastics. 2021. V. 3. № 1. P. 29–39. https://doi.org/10.1080/24759651.2021.1877025

8. Girka 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/C7GC01534H

9. Dutta S., Wu L., Mascal M. // Green Chem. 2015. V. 17. P. 3737–3739. https://doi.org/10.1039/C5GC00936G

10. Gao 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.2021.12.026

11. Xu 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.7b03913

12. Xu 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/C8GC00947C

13. Amarasekara 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.2008.11.012

14. Delidovich 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.5b00354

15. Vijjamarri 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.7b03932

16. Dhers S., Vantomme G., Avérous L. // Green Chem. 2019. V. 21. P. 1596–1601. https://doi.org/10.1039/C9GC00540D

17. Ma J., Wang M., Du Z., Chen C., Gao J., Xu J. // Polym. Chem. 2012. V. 3. P. 2346–2349. https://doi.org/10.1039/C2PY20367G

18. Danielli 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/D2RA07153C

19. Pal P., Saravanamurugan S. // ChemSusChem. 2019. V. 12. № 1. P. 145–163. https://doi.org/10.1002/cssc.201801744

20. Derflinger C., Kamm B., Meissner G., Spod H., Paulik C. // ChemistrySelect. 2023. V. 8. № 38. ID e202302056. https://doi.org/10.1002/slct.202302056

21. Tong X., Sun Y., Bai X., Li Y. // RSC Adv. 2014. V. 4. P. 44307–44311. https://doi.org/10.1039/C4RA07181F

22. Chernyshev V.M., Kravchenko O.A., Ananikov V.P. // Russ. Chem. Rev. 2017. V. 86. № 5. P. 357–387. https://doi.org/10.1070/RCR4700

23. Chen Y., Li F., Li S., Zhang L., Sun M. // Inorg. Chem. Commun. 2022. V. 135, ID 109084. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2021.109084

24. 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.

25. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2023.215306

26. Wang 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-z

27. Yan S., Li Y., Li P., Jia T., Wang S., Wang X. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 3499–3511. https://doi.org/10.1039/c7ra12842h

28. Chen R., Xin J., Yan D., Dong H., Lu X., Zhang S. // ChemSusChem. 2019. V. 12. P. 2715–2724. https://doi.org/10.1002/cssc.201900651

29. Lan J., Lin J., Chen Z., Yin G. // ACS Catal. 2015. V. 5. P. 2035–2041. https://doi.org/10.1021/cs501776n

30. Odyakov 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.201500359

31. SU патент № 1782934 A1, опубл. 1992.

32. 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)90046-2

33. Thommes 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-2014-1117

34. Громов 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/10.18412/1816-0387-2020-3-234-242

35. Bielański 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:1019070810045

36. Huang 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.2015.08.026

37. Fournier M., Thouvenot R., Rocchiccioli-Deltcheff C. // J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1991. V. 87. P. 349–356. https://doi.org/10.1039/FT9918700349

38. Barats-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/ic502541b

39. Boeyens 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)90095-5

40. Berndt 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.19981020510

41. Jing F., Katryniok B., Dumeignil F., Bordes-Richard E. // J. Catal. 2014. V. 309. P. 121–135. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2013.09.014

42. Alhanash A., Kozhevnikova E.F., Kozhevnikov I.V. // Appl. Catal. A: Gen. 2010. V. 378. P. 11–18. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.01.043

43. Vilanculo 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