瞿　波，牟宇飛，陳明疆，曾霞令，傅明東，陳學(xué)登，許桂頻

（泉州師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，福建泉州362000）

鐵配合物的水熱合成及其電化學(xué)性質(zhì)研究

瞿波，牟宇飛，陳明疆，曾霞令，傅明東，陳學(xué)登，許桂頻

（泉州師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，福建泉州362000）

采用水熱法合成了配合物［Fe（HPTA）（H20）2（phen）］·S04。通過(guò)紅外光譜（FT-IR）、元素分析（EA）、熱重分析（TGA）和摩爾電導(dǎo)率（MC）等對(duì)其進(jìn)行表征，初步推斷其組成，并通過(guò)循環(huán)伏安法（CV）研究其電化學(xué)性質(zhì)。

鐵配合物；對(duì)苯二甲酸；鄰菲羅啉；電化學(xué)性質(zhì)

配合物是由中心原子或離子及圍繞它的配體分子或離子組成的［1］，由于其結(jié)構(gòu)具有可調(diào)控、可修飾和熱穩(wěn)定性等性質(zhì)，人們通過(guò)選擇可實(shí)現(xiàn)功能的配體和金屬離子，在適當(dāng)?shù)臈l件下能夠設(shè)計(jì)、合成新型的功能性材料。配合物因在吸附分離、光電磁學(xué)、信息存儲(chǔ)和催化等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值而受到廣泛關(guān)注［2-7］。

由于鐵元素具有較強(qiáng)的電子轉(zhuǎn)移能力，因此它在生物新陳代謝的氧化還原和催化過(guò)程中起到非常大的作用。另外，鐵對(duì)氫氣表現(xiàn)出較好的親和力，若把鐵元素置入配位聚合物的骨架上形成多孔配合物，能改善該配合物材料的儲(chǔ)氫性能［8-9］。

水熱合成法是一種在高溫、高壓的環(huán)境條件下從飽和溶液中合成晶體的方法，該方法具有如下特點(diǎn)：反應(yīng)需要在密閉的體系中進(jìn)行；在水熱條件下，反應(yīng)物的性能改變，反應(yīng)速度加快，可以代替某些高溫固相反應(yīng)；可以實(shí)現(xiàn)某些在常溫、常壓下無(wú)法實(shí)現(xiàn)的合成；在水熱反應(yīng)中特別容易出現(xiàn)一些中間態(tài)、介穩(wěn)態(tài)和特殊物相，因此可以合成有規(guī)則取向和晶體完美的晶體材料。因此，選擇水熱合成法作為本實(shí)驗(yàn)的合成方法［10-11］。

本實(shí)驗(yàn)選用鄰菲羅啉作為給電子體，對(duì)苯二甲酸為橋聯(lián)配體，采用水熱合成法合成一種新型的鐵配合物［Fe（HPTA）（H20）2（phen）］·S04（HPTA=對(duì)苯二甲酸氫根離子，phen=鄰菲羅啉）。通過(guò)紅外光譜（FT-IR）、元素分析（EA）、摩爾電導(dǎo)率（MC）、熱重分析（TGA）和循環(huán)伏安法（CV）等手段對(duì)配合物的組成和性質(zhì)進(jìn)行研究。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1配合物的合成

實(shí)驗(yàn)中所用試劑均為市售分析純。準(zhǔn)確稱取0.34 g（2 mmol）對(duì)苯二甲酸和0.16 g（4 mmol）氫氧化鈉溶于20 mL水中，加入0.40 g（2 mmol）鄰菲羅啉和0.80 g（2 mmol）硫酸鐵，攪拌混合后轉(zhuǎn)移到25 mL內(nèi)襯聚四氟乙烯不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)。程序升溫，在150℃下晶化72 h，然后降至室溫，所得過(guò)濾晶體用母液沖洗，真空干燥，取出密封保存。

1.2配合物的表征

使用傅立葉紅外光譜儀（Nicolet IS10型FT-IR紅外光譜儀），以KBr壓片法在波數(shù)為400～4 000 cm-1范圍內(nèi)測(cè)定配體及配合物的紅外光譜；用STA409PC熱重分析儀對(duì)配合物進(jìn)行熱分析；用Vario EL元素分析儀對(duì)配合物進(jìn)行元素分析；用國(guó)產(chǎn)CHI660d電化學(xué)工作站對(duì)配合物進(jìn)行電化學(xué)分析。

2　結(jié)果與討論

2.1配合物組成分析

2.1.1配合物中金屬離子及外界酸根離子的鑒定

因?yàn)榕潴w對(duì)苯二甲酸和鄰菲羅啉均為白色固體，而配合物為黑紅色晶體，所以配合物含有鐵離子。把配合物晶體碾碎成粉末，并溶于水，往溶液里滴加1 mol/ L的氯化鋇水溶液，發(fā)現(xiàn)有微量白色渾濁，說(shuō)明配合物里含有硫酸根離子，而且是外界有硫酸根離子。這一結(jié)論與紅外光譜和電導(dǎo)率分析結(jié)果相符。

2.1.2配合物的元素分析

用元素分析儀對(duì)配合物進(jìn)行C、H、N、0元素分析，結(jié)果見表1。由表1可知，實(shí)驗(yàn)值與理論值基本一致。

表1　配合物的元素分析表

2.1.3電導(dǎo)率分析

以N-N’-二甲基甲酰胺為溶劑配制配合物濃度為1×10-4mol/L的溶液，通過(guò)數(shù)顯電導(dǎo)率儀（DDS-11A-S型）測(cè)試配合物的電導(dǎo)率，測(cè)得電導(dǎo)率值為67 s/m，說(shuō)明配合物為1∶1型電解質(zhì)［12］。

2.2配合物的紅外光譜分析

圖1　鄰菲羅啉的紅外光譜圖

圖2　對(duì)苯二甲酸的紅外光譜圖

圖3　配合物的紅外光譜圖

2.3熱重分析

以Al203為參比物，升溫速度為10℃·min-1，升溫范圍為50～800℃，所得配合物的TG-DTA曲線如圖4所示。配合物第一階段失重出現(xiàn)在105～195℃之間，共失重6.52%，相當(dāng)于失去2個(gè)配位H20分子（理論值為6.75%）；195℃后出現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)，在360℃左右開始分解，配合物到695℃時(shí)失重基本結(jié)束，最后殘重為30.00%，可能為Fe203（理論值30.02%）。由此可見，配合物熱穩(wěn)定性較高。

圖4　配合物的TG-DTA圖

2.4電化學(xué)分析

采用三電極體系，以玻碳為工作電極、鉑電極為輔助電極、SCE為參比電極、DMF（N，N’-二甲基甲酰胺）和水為溶劑以及1 mol/L KCl溶液為支持電解質(zhì)，配合物的濃度為1×10-5mol/L，在氮?dú)鈿夥罩羞M(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)定。在-1.0～1.0 V之間進(jìn)行掃描，掃描速度為0.05 V/s，所得循環(huán)伏安圖如圖5所示。由圖5可知，有一對(duì)氧化峰對(duì)應(yīng)于Fe（III）/Fe（II），陽(yáng)極峰的電位和電流分別為Epc=-0.446 V和ipc=2.443×10-6A（0.75 V附近是DMF溶劑峰），由此可見其電解過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移是不可逆的。

圖5　配合物的循環(huán)伏安圖

3　結(jié)論

通過(guò)紅外光譜、摩爾電導(dǎo)率、元素分析和熱重分析等對(duì)所得配合物進(jìn)行表征，推斷出配合物的組成為［Fe（HPTA）（H20）2（phen）］·S04，其熱穩(wěn)定性較高。通過(guò)循環(huán)伏安法的測(cè)定可知，配合物在電解過(guò)程中的電子轉(zhuǎn)移是不可逆的。

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【責(zé)任編輯黃艷芹】

Synthesis and Electrochemical Properties of Ferrous Complex

QU Bo，MU Yufei，CHEN Mingjiang，ZENG Xialing，F(xiàn)U Mingdong，CHEN Xuedeng，XU Guipin
（School of Chemistry and Life Science，Quanzhou Normal University，Quanzhou 362000，China）

0ne coordination complex［Fe（HPTA）（H20）2）（phen）］·S04has been synthesized by hydrothermal method.It was characterized by infrared spectroscopy，elemental analysis，thermogravimetric analysis and molar conductivity，its composition was initially determined and its electrochemical properties were studied by cyclic voltammetry.

ferrous complex；terephthalate acid；o-phenanthroline；electrochemical property

0614.33

A

2095-7726（2015）09-0015-04

2015-06-02

全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（20150399017）

瞿波（1970-），男，湖北利川人，副教授，博士，研究方向：復(fù)合材料。