Jump to content

Купроспинель

Купроспинель
Общий
Категория Оксидный минерал
Шпинельная группа
Формула
(повторяющаяся единица)
CuFe 2 O 4 или (Cu,Mg)Fe 2 O 4
Классификация Штрунца 4.BB.05
Кристаллическая система Изометрический
Кристаллический класс Шестиоктаэдрический (м 3 м)
Символ HM : (4/м 3 2/м)
Космическая группа Кубический
Пространственная группа : F d 3 м
Идентификация
Формула массы 239.23 g/mol
Цвет Черный, серый в отраженном свете
Кристальная привычка Зерна неправильной формы, пластинки, сросшиеся с гематитом.
шкала Мооса твердость 6.5
Блеск Металлик
Полоса Черный
прозрачность Непрозрачный
Удельный вес 5 - 5.2
Оптические свойства изотропный
Показатель преломления п = 1,8
Ссылки [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
Купроспинель
Имена
Название ИЮПАК
Медь(2+)бис[оксидо(оксо)железо
Другие имена
Оксид меди и железа, купроспинель, тетраоксид меди и железа, феррит меди
Идентификаторы
ХимическийПаук
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
☒Н ( что такое  проверятьИ ☒Н  ?)

Купроспинель минерал . Купроспинель представляет собой обратную шпинель с химической формулой CuFe 2 O 4 , где медь часть катионов железа. замещает в структуре [ 4 ] [ 5 ] Его структура аналогична структуре магнетита Fe 3 O 4 , но с немного другими химическими и физическими свойствами из-за присутствия меди.

Типовое местонахождение купроспинели — Байе Верте , Ньюфаундленд , Канада. [ 2 ] [ 1 ] где минерал был найден в обнаженном рудном отвале. Впервые минерал был охарактеризован Эрнестом Генри Никелем , минералогом Министерства энергетики, горнодобывающей промышленности и ресурсов Австралии, в 1973 году. [ 6 ] [ 7 ] Купроспинель встречается и в других местах, например, в провинции Хубэй , Китай. [ 8 ] и на Толбачик вулкане на Камчатке , Россия. [ 9 ]

Структурные свойства

[ редактировать ]

Купроспинель, как и многие другие шпинели, имеет общую формулу AB 2 O 4 . Тем не менее, купроспинель является обратной шпинелью в том смысле, что ее элемент А , в данном случае медь (Cu 2+ ), занимает только октаэдрические позиции в структуре B , а элемент — железо (Fe 2+ и Fe 3+ ), разделен между октаэдрическими и тетраэдрическими узлами в структуре. [ 10 ] [ 11 ] Фе 2+ виды займут часть октаэдрических позиций и останется только Fe 3+ в тетраэдрических позициях. [ 10 ] [ 11 ] Купроспинель принимает как кубическую , так и тетрагональную фазы при комнатной температуре , однако при повышении температуры кубическая форма становится наиболее стабильной. [ 4 ] [ 11 ]

Магнитные свойства

[ редактировать ]

Наночастицы CuFe 2 O 4 охарактеризованы как суперпарамагнитный материал с намагниченностью насыщения Ms = 49 эму г. −1 , [ 12 ] остаточная намагниченность ( M r = 11,66 emu g −1 ) и коэрцитивность ( H c = 63,1 мТл) . [ 13 ] Магнитные свойства CuFe 2 O 4 коррелируют с размером частиц. В частности, уменьшение насыщенной намагниченности и остаточной намагниченности соответствует уменьшению размера CuFe 2 O 4 , при этом коэрцитивная сила возрастает. [ 14 ]

Твердофазный синтез

[ редактировать ]

Шпинель CuFe 2 O 4 может быть синтезирована твердофазным синтезом при высокой температуре. В особой методике этого типа синтеза стехиометрическую смесь Cu(CH 3 COO) 2 · и FeC 2 O 2 измельчают и перемешивают в растворителе. После испарения растворителя полученный порошок нагревают в печи при постоянной температуре около 900 °С в нормальной воздушно-атмосферной среде. Затем полученный продукт медленно охлаждают до комнатной температуры, чтобы получить желаемую стабильную структуру шпинели. [ 14 ]

Гидротермальная обработка осадка в ТЭГ

[ редактировать ]

Метод, сочетающий в себе первый этап осаждения при комнатной температуре в триэтиленгликоле (ТЭГ), вязкой и очень гигроскопичной жидкости с повышенной температурой кипения , 285 ° C (545 ° F; 558 K) , с последующей термической обработкой при повышенной температуре. эффективный способ синтеза оксида шпинели, особенно оксида меди и железа. Обычно к раствору Fe сначала по каплям добавляют NaOH. 3+ (Fe(NO 3 ) 3 или Fe(acac) 3 ) и Cu 2+ (Cu(NO 3 ) 2 или CuCl 2 ) в триэтиленгликоле при комнатной температуре и постоянном перемешивании до полного образования красновато-черного осадка. Полученную вязкую суспензию затем помещают в ультразвуковую ванну для надлежащего диспергирования с последующим нагреванием в печи при высокой температуре. [ необходимо уточнение : неточные термины и очень запутанный текст ] . Конечный продукт затем промывают диэтиловым эфиром , этилацетатом , этанолом и деионизированной водой. [ нужны разъяснения : неясно! ] , а затем сушили в вакууме с получением частиц оксида. [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]

Использование

[ редактировать ]

Купроспинель используется в различных промышленных процессах в качестве катализатора . Примером может служить реакция конверсии вода-газ : [ 11 ]

H 2 O (г) + CO (г) → CO 2 (г) + H 2 (г)

Эта реакция особенно важна для производства и обогащения водорода .

Интерес к купроспинели возникает тем, что магнетит является широко используемым катализатором многих промышленных химических реакций, таких как процесс Фишера-Тропша , процесс Габера-Боша и реакция конверсии вода-газ. Показано, что легирование магнетита другими элементами придает ему различные химические и физические свойства; эти различные свойства иногда позволяют катализатору работать более эффективно. По существу, купроспинель представляет собой, по существу, магнетит, легированный медью, и это усиливает свойства магнетита по конверсии водяного газа как гетерогенного катализатора. [ 18 ] [ 19 ]

Перерабатываемый катализатор для органических реакций

[ редактировать ]

различные исследования гетерогенной каталитической способности CuFe 2 O 4 в органическом синтезе, начиная от традиционных реакций и заканчивая современными металлоорганическими превращениями. В последние годы были опубликованы [ 20 ] [ 21 ] Используя преимущества магнитной природы, катализатор можно отделить просто с помощью внешнего магнетизма, что позволяет преодолеть трудности отделения наноразмерного металлического катализатора от реакционной смеси. В частности, только приложив магнитный стержень к внешнему сосуду, катализатор можно легко удерживать на краю контейнера, одновременно удаляя раствор и промывая частицы. [ 12 ] Полученные частицы могут быть легко использованы для следующих каталитических циклов. Более того, каталитический центр может быть использован как в медном, так и в железном центре из-за большой площади поверхности наночастиц, что открывает широкие возможности для применения этого материала в различных типах реакций. [ 16 ] [ 20 ]

Катализатор многокомпонентной реакции (МКР)

[ редактировать ]

Nano CuFe 2 O 4 может быть использован в качестве катализатора в однореакторном синтезе фторсодержащих спирогексагидропиримидина производных . Также было замечено, что катализатор можно использовать повторно пять раз без значительной потери каталитической активности после каждого прогона. В реакции железо играет жизненно важную роль в координации с карбонильной группой , чтобы повысить электрофильные свойства, что может облегчить условия реакции и увеличить скорость реакции . [ 16 ]

Однореакторный синтез фторсодержащих производных спирогексагидропиримидина. Адаптировано из Dandia, Jain & Sharma 2013 . [ 16 ]

Другой пример MCR с использованием CuFe 2 O 4 был опубликован в исследовании сочетания A3 альдегидов , амина с фенилацетиленом с образованием соответствующих пропаргиламинов . Катализатор можно использовать повторно три раза без значительного снижения выхода реакции . [ 22 ]

А3-сочетание альдегидов , амина с фенилацетиленом . Адаптировано из Tamaddon & Amirpoor 2013 . [ 23 ]

Катализатор перекрестного связывания CO

[ редактировать ]

Паллапотула и его коллеги продемонстрировали, что CuFe 2 O 4 является эффективным катализатором перекрестного взаимодействия CO между фенолами и арилгалогенидами. Катализатор показал превосходящую активность по сравнению с другими оксидами наночастиц, такими как Co 3 O 4 , SnO 2 , Sb 2 O 3 . [ 24 ] Более того, катализатор может выиграть от применения кросс-сочетания CO с алкиловыми спиртами, что приведет к расширению возможностей трансформации. [ 25 ]

Кросс-сочетание CO между фенолами и арилгалогенидами. Адаптировано из Yang et al. 2013 . [ 25 ]

Катализатор активации CH

[ редактировать ]

Катализатор Nano CuFe 2 O 4 продемонстрировал свою активность в активации CH в реакции типа Манниха. В механистическом исследовании медь играет значительную роль как в образовании радикала из TBHP, так и в активации CH из замещенного алкина. В этой реакции железный центр рассматривался как источник магнитного поля, и эта гипотеза была подтверждена экспериментом, в котором магнитный Fe 3 O 4 , но он не смог катализировать реакцию в отсутствие медного центра. использовался [ 15 ]

Активация CH в реакции типа Манниха. Адаптировано из Nguyen et al. 2014 . [ 15 ]

Другие реакции

[ редактировать ]

CuFe 2 O 4 также можно применять для расщепления CC α-арилирования между ацетилацетоном иодбензолом. Продукт фенилацетон был получен с превосходным выходом при селективности 99% и 95%, наблюдаемой для основного продукта, по сравнению с 3-фенил-2,4-пентандионом в качестве побочного продукта. Результаты рентгеноструктурного анализа показали, что кристаллическая структура катализатора осталась неизменной после шестого опыта, в то время как каталитическая активность слегка снижается при конверсии 97% в последнем опыте. Механистическое исследование этой реакции показало, что каталитический цикл начинается с Cu. II в Cu я а затем окисляется до Cu II арилйодом. [ 12 ]

Арилирование ацетилацетона йодбензолом. Адаптировано из Nguyen et al. 2014 . [ 12 ]

Роль меди была дополнительно подчеркнута в реакции сочетания орто-арилированных фенолов и диалкилформамидов. Обнаружено одноэлектронное окислительное присоединение меди. II медь III через радикальную стадию, а затем снова превращается в медь путем восстановительного отщепления в присутствии кислорода или пероксида. Катализатор можно использовать повторно 9 раз без существенной потери каталитической активности. [ 26 ]

Реакция сочетания орто-арилированных фенолов и диалкилформамидов. Адаптировано из Nguyen et al. 2017 . [ 26 ]

Синергетический эффект каталитической активности

[ редактировать ]

Примечательно, что синергетический эффект был продемонстрирован для случая CuFe 2 O 4 в реакции Соногаширы. Центры Fe и Cu вносят вклад в каталитическую активность превращения арилгалогенида в замещенные алкины. Продукт был получен с выходом 70% в присутствии Nano CuFe 2 O 4 , тогда как выход только 25% и <1% наблюдался при использовании CuO и Fe 3 O 4 соответственно. [ 27 ]

Превращение между арилгалогенидом и замещенными алкинами

Механизм действия катализатора

[ редактировать ]

Как можно отметить в приведенных выше примерах, многие молекулы, участвующие в реакциях, катализируемых CuFe 2 O 4, имеют карбонильную группу (C=O) или аминную группу (-NH 2 ), которые имеют неподеленные электронные пары. Эти неподеленные пары используются для адсорбции на поверхности пустой 3d-орбитали катализатора и, таким образом, активируют молекулы для намеченных реакций. Другие молекулы, содержащие функциональные группы с неподеленными электронными парами, такие как нитро (NO 2 ) и тиол (RS-H), также активируются катализатором. Образующиеся виды, содержащие один неспаренный электрон, такие как TEMPO или пероксимоносульфат, также адсорбируются и активируются, способствуя некоторым органическим реакциям. [ 21 ]

  1. ^ Jump up to: а б «Купроспинель» (PDF) . Публикация минеральных данных . Проверено 13 октября 2010 г.
  2. ^ Jump up to: а б «Купроспинель: Минеральная информация, данные и местонахождение» . Mindat.org .
  3. ^ «Данные о минералах купроспинели» . www.webmineral.com .
  4. ^ Jump up to: а б Ониши, Харуюки; Тераниши, Теруо (1961). «Кристаллические искажения в ряду феррит-хромит меди». Журнал Физического общества Японии . 16 (1): 35–43. Бибкод : 1961JPSJ...16...35O . дои : 10.1143/JPSJ.16.35 .
  5. ^ Транквада, Дж. М.; Хилд, С.М.; Муденбо, Арканзас (1987). «Рентгеноабсорбционное исследование прикраевой структуры сверхпроводников La 2− x (Ba, Sr) x CuO 4− y » . Физический обзор B . 36 (10): 5263–5274. Бибкод : 1987PhRvB..36.5263T . дои : 10.1103/PhysRevB.36.5263 . ПМИД   9942162 .
  6. ^ Берч, Уильям Д. «Кто есть кто в названиях минералов» (PDF) . RocksAndMinerals.org. Архивировано из оригинала (PDF) 6 июля 2011 года . Проверено 13 октября 2010 г.
  7. ^ Флейшер, Майкл ; Мандарино, Джозеф А. (1974). «Новые названия минералов» (PDF) . Американский минералог . 59 : 381–384 . Проверено 13 октября 2010 г.
  8. ^ Цзин Чжан; Вэй Чжан; Ронг Сюй; Сюньин Ван; Сян Ян; Ян Ву (2017). «Электрохимические свойства и каталитические функции природного оксидного минерала CuFe – композитного электролита LZSDC». Международный журнал водородной энергетики . 42 (34): 22185–22191. Бибкод : 2017IJHE...4222185Z . doi : 10.1016/j.ijhydene.2017.01.163 .
  9. ^ И.В. Пеков; Ф.Д. Сандалов; Н.Н. Кошлякова; М. Ф. Вигасина; Ю.С. Полеховский; С.Н. Бритвин; Е.Г. Сидоров; А.Г. Турчкова (2018). «Медь в природных оксидных шпинелях: новый минерал термоэрогенит CuAl2O4, купроспинель и обогащенные медью разновидности других членов группы шпинелей из фумарол вулкана Толбачик, Камчатка, Россия» . Минералы . 8 (11): 498. Бибкод : 2018Мой....8..498П . дои : 10.3390/мин8110498 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  10. ^ Jump up to: а б Кришнан, Венката; Сельван, Рамакришнан Калаи; Огюстен, Шанасарский дом; Геданкен, Аарон; Бертаньолли, Хельмут (2007). «Исследование EXAFS и XANES наночастиц CuFe 2 O 4 и нанокомпозитов CuFe 2 O 4 -MO 2 (M = Sn, Ce)» (PDF) . Журнал физической химии C. 111 (45): 16724–16733. дои : 10.1021/jp073746t .
  11. ^ Jump up to: а б с д Эстрелла, Майкл; Баррио, Лаура; Чжоу, Гун; Ван, Сяньцинь; Ван, Ци; Вэнь, Вэнь; Хэнсон, Джонатан С.; Френкель, Анатолий И.; Родригес, Хосе А. (2009). «Характеристика in situ катализаторов конверсии вода-газ CuFe 2 O 4 и Cu/Fe 3 O 4 ». Журнал физической химии C. 113 (32): 14411–14417. дои : 10.1021/jp903818q .
  12. ^ Jump up to: а б с д Нгуен, Ань Т.; Нгуен, Лан ТМ; Нгуен, Чунг К.; Труонг, Тхань; Фан, Нам ТС (2014). «Суперпарамагнитные наночастицы феррита меди как эффективный гетерогенный катализатор α-арилирования 1,3-дикетонов с расщеплением C – C». ChemCatChem . 6 (3): 815–823. дои : 10.1002/cctc.201300708 . S2CID   97619313 .
  13. ^ Анандан, С.; Сельвамани, Т.; Прасад, Г. Гуру; М. Асири, А.; Дж. Ву, Дж. (2017). «Магнитные и каталитические свойства наночастиц инверсной шпинели CuFe 2 O 4 ». Журнал магнетизма и магнитных материалов . 432 : 437–443. Бибкод : 2017JMMM..432..437A . дои : 10.1016/j.jmmm.2017.02.026 .
  14. ^ Jump up to: а б Чжан, Вэньцзюань; Сюэ, Юнцян; Цуй, Цзысян (2017). «Влияние размера на структурный переход и магнитные свойства Nano-CuFe 2 O 4 ». Исследования в области промышленной и инженерной химии . 56 (46): 13760–13765. doi : 10.1021/acs.iecr.7b03468 .
  15. ^ Jump up to: а б с Нгуен, Ань Т.; Фам, Лам Т.; Фан, Нам Т.С.; Труонг, Тхань (2014). «Эффективное и надежное суперпарамагнитное последовательное метилирование, катализируемое наночастицами феррита меди, и активация CH: безальдегидный синтез пропаргиламина». Катализная наука и технология . 4 (12): 4281–4288. дои : 10.1039/C4CY00753K .
  16. ^ Jump up to: а б с д Дандиа, Аньшу; Джайн, Анудж К.; Шарма, Сонам ​​(2013). «Наночастицы CuFe 2 O 4 как высокоэффективный и магнитно-восстанавливаемый катализатор для синтеза привилегированных с медицинской точки зрения спиропиримидиновых каркасов». РСК Прогресс . 3 (9): 2924. Бибкод : 2013RSCAd...3.2924D . дои : 10.1039/C2RA22477A .
  17. ^ Пуруанграт, Анукорн; Кунталуэ, Будсабонг; Тонгтем, Сомчай; Тонгтем, Титипун (2016). «Синтез кубических наночастиц CuFe 2 O 4 микроволново-гидротермальным методом и их магнитные свойства». Материалы писем . 167 : 65–68. дои : 10.1016/j.matlet.2016.01.005 .
  18. ^ де Соуза, Алексильда Оливейра; ду Карму Ранжел, Мария (2003). «Каталитическая активность магнетита, легированного алюминием и медью, в реакции высокотемпературного сдвига». Письма о кинетике реакций и катализе . 79 (1): 175–180. дои : 10.1023/А:1024132406523 . S2CID   189864191 .
  19. ^ Квадро, Эмерентино Бразилия; Диас, Мария де Лурдес Рибейру; Аморим, Аделаида Мария Мендонса; Ранжел, Мария ду Карму (1999). «Магнетитовые катализаторы, легированные хромом и медью, для реакции высокотемпературного сдвига» . Журнал Бразильского химического общества . 10 (1): 51–59. дои : 10.1590/S0103-50531999000100009 .
  20. ^ Jump up to: а б Карими, Бабак; Мансури, Фариборз; Мирзаи, Хамид М. (2015). «Недавние применения магнитно-восстанавливаемых нанокатализаторов в реакциях сочетания C–C и C–X». ChemCatChem . 7 (12): 1736–1789. дои : 10.1002/cctc.201403057 . S2CID   97232790 .
  21. ^ Jump up to: а б Ортис-Киньонес, Хосе Луис; Пал, Умпада; Дас, Сачиндранатх (июнь 2022 г.). «Каталитические и псевдоемкостные характеристики хранения энергии металлических (Co, Ni, Cu и Mn) ферритовых наноструктур и нанокомпозитов» . Прогресс в материаловедении . 130 : 100995. doi : 10.1016/j.pmatsci.2022.100995 . S2CID   249860566 .
  22. ^ Кантам, М. Лакшми; Ядав, Джагджит; Лаха, Суми; Джа, Шайлендра (2009). "ХимИнформ Реферат: Синтез пропаргиламинов методом трехкомпонентного сочетания альдегидов, аминов и алкинов, катализируемого магнитно-сепарабельными наночастицами феррита меди". ХимИнформ . 40 (49). дои : 10.1002/chin.200949091 .
  23. ^ Тамаддон, Фатима; Амирпур, Фарида (2013). «Улучшенный безкатализаторный синтез производных пиррола в водных средах». Синлетт . 24 (14): 1791–1794. дои : 10.1055/s-0033-1339294 . S2CID   196756104 .
  24. ^ Чжан, Жунчжао; Лю, Цзяньмин; Ван, Шуфэн; Ню, Цзяньчжун; Ся, Чунгу; Сунь, Вэй (2011). «Магнитные наночастицы CuFe 2 O 4 как эффективный катализатор перекрестного взаимодействия C – O фенолов с арилгалогенидами». ChemCatChem . 3 (1): 146–149. дои : 10.1002/cctc.201000254 . S2CID   97538800 .
  25. ^ Jump up to: а б ; Чжоу, Хуа; Ян, Ню, Цзяцзя Ян, Шулян ; 69 (16): 3415–3418 . 10.1016/j.tet.2013.02.077 .
  26. ^ Jump up to: а б Нгуен, Чунг К.; Нгуен, Нгон Н.; Тран, Кин Н.; Нгуен, Вьет Д.; Нгуен, Тунг Т.; Ле, Дунг Т.; Фан, Нам ТС (2017). «Суперпарамагнитные наночастицы феррита меди как гетерогенный катализатор направленного сочетания фенола и формамида». Буквы тетраэдра . 58 (34): 3370–3373. дои : 10.1016/j.tetlet.2017.07.049 .
  27. ^ Панда, Ниранджан; Йена, Ашис Кумар; Мохапатра, Сасмита (2011). «Безлигандное сокаталитическое Fe-Cu кросс-сочетание концевых алкинов с арилгалогенидами». Химические письма . 40 (9): 956–958. дои : 10.1246/кл.2011.956 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: bca14ceffad170c41191149472102d8b__1721751720
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/bc/8b/bca14ceffad170c41191149472102d8b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cuprospinel - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)