Synthesis and Deep Desulfurization Activity of Fuel Oil of PW11M@Cu3（BTC）2 Hybrid

doi:10.7503/cjcu20220702

Abstract

Abstract:

Transition metal monosubstituted Keggin-type tungstophosphates（PW₁₁M， M=Ti⁴⁺， Cr³⁺， Mn²⁺， Fe³⁺， Co²⁺， Ni²⁺， Cu²⁺， Zn²⁺） were synthesized and supported in a Cu₃（BTC）₂ metal-organic framework， a series of transition metal-substituted polyoxometalate-based metal-organic framework hybrids［PW₁₁M@Cu₃（BTC）₂］ was obtained. The compositions， structures and porosity of the hybrids were determined by single crystal X-ray diffraction analysis， elemental analysis（ICP）， powder X-ray diffraction（PXRD）， thermogravimetric analysis（TG）， N₂ adsorption-desorption experiment， etc. The series of hybrid materials have good adsorption effect on dibenzothiophene in fuel oil， and rapidly catalyze its oxidation to dibenzothiophene sulfone， and realize deep desulfurization of fuel oil with oxygen as oxidant.

Key words: Transition metal, Monosubstituted Keggin-type polyoxometalate, Metal-organic framework, Oxidative desulfurization

CLC Number:

O611.4

TrendMD:

HAN Xu, BAI Xue, ZHANG Zhong, YANG Yanli, CUI Hong, LIU Shuxia. Synthesis and Deep Desulfurization Activity of Fuel Oil of PW₁₁M@Cu₃（BTC）₂ Hybrid[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(4): 20220702.

Figures/Tables 9

Table 1 Crystallographic data and structure refinements parameters*

Compd.	NENU⁃31	NENU⁃32	NENU⁃33	NENU⁃34	NENU⁃36	NENU⁃37
CCDC	2207152	2207153	2207154	2207155	2207156	2207157
Empirical formula	C₇₆H₁₂₃NCu₁₂	C₇₆H₁₄₀NCu₁₂	C₇₆H₁₃₃NCu₁₂	C₇₆H₁₃₆NCu₁₂	C₇₆H₁₁₆NCu₁₃	C₇₆H₁₂₄NCu₁₂
	PW₁₁CrO₁₂₉	PW₁₁MnO₁₃₇	PW₁₁FeO₁₃₄	PW₁₁CoO₁₃₅	PW₁₁O₁₂₆	PW₁₁ZnO₁₃₀
Formula weight	5985.8	6133.8	6079.6	6071.1	5942.8	6016.2
Temperature/K	298	298	298	298	298	298
λ/nm	0.071073	0.071073	0.071073	0.071073	0.071073	0.071073
Crystal system	Cubic	Cubic	Cubic	Cubic	Cubic	Cubic
Space group	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m
a/nm	2.63388（11）	2.63188（10）	2.62981（11）	2.63209（9）	2.63180（6）	2.63459（9）
Volume/nm³	18.272（2）	18.230（2）	18.188（2）	18.235（19）	18.228（12）	18.286（19）
Z， calculated density	4， 2.061	4， 2.065	4， 2.070	4， 1.981	4， 1.972	4， 2.072
F（000）	10480.0	10460.0	10464.0	10012.0	9948.0	10542.0
θ range/（°）	3.39—25.04	3.37—25.01	2.19—25.03	2.57—25.05	2.57—25.06	2.57—25.03
R_int	0.0820	0.0614	0.0614	0.0670	0.0583	0.0621
GOF on F²	1.022	1.170	1.161	1.114	1.051	1.096
R［I>2σ（I）］	R₁=0.0300， wR₂=0.0639	R₁=0.0354， wR₂=0.0794	R₁=0.0282， wR₂=0.0693	R₁=0.0328， wR₂=0.0727	R₁=0.0259， wR₂=0.0623	R₁=0.0271， wR₂=0.0622
R（all data）	R₁=0.0425， wR₂=0.0689	R₁=0.0449， wR₂=0.0838	R₁=0.0418， wR₂=0.0802	R₁=0.0427， wR₂=0.0782	R₁=0.0343， wR₂=0.0676	R₁=0.0375， wR₂=0.0678

Table 1 Crystallographic data and structure refinements parameters*

Compd.	NENU⁃31	NENU⁃32	NENU⁃33	NENU⁃34	NENU⁃36	NENU⁃37
CCDC	2207152	2207153	2207154	2207155	2207156	2207157
Empirical formula	C₇₆H₁₂₃NCu₁₂	C₇₆H₁₄₀NCu₁₂	C₇₆H₁₃₃NCu₁₂	C₇₆H₁₃₆NCu₁₂	C₇₆H₁₁₆NCu₁₃	C₇₆H₁₂₄NCu₁₂
	PW₁₁CrO₁₂₉	PW₁₁MnO₁₃₇	PW₁₁FeO₁₃₄	PW₁₁CoO₁₃₅	PW₁₁O₁₂₆	PW₁₁ZnO₁₃₀
Formula weight	5985.8	6133.8	6079.6	6071.1	5942.8	6016.2
Temperature/K	298	298	298	298	298	298
λ/nm	0.071073	0.071073	0.071073	0.071073	0.071073	0.071073
Crystal system	Cubic	Cubic	Cubic	Cubic	Cubic	Cubic
Space group	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m	Fm $3 ¯$ m
a/nm	2.63388（11）	2.63188（10）	2.62981（11）	2.63209（9）	2.63180（6）	2.63459（9）
Volume/nm³	18.272（2）	18.230（2）	18.188（2）	18.235（19）	18.228（12）	18.286（19）
Z， calculated density	4， 2.061	4， 2.065	4， 2.070	4， 1.981	4， 1.972	4， 2.072
F（000）	10480.0	10460.0	10464.0	10012.0	9948.0	10542.0
θ range/（°）	3.39—25.04	3.37—25.01	2.19—25.03	2.57—25.05	2.57—25.06	2.57—25.03
R_int	0.0820	0.0614	0.0614	0.0670	0.0583	0.0621
GOF on F²	1.022	1.170	1.161	1.114	1.051	1.096
R［I>2σ（I）］	R₁=0.0300， wR₂=0.0639	R₁=0.0354， wR₂=0.0794	R₁=0.0282， wR₂=0.0693	R₁=0.0328， wR₂=0.0727	R₁=0.0259， wR₂=0.0623	R₁=0.0271， wR₂=0.0622
R（all data）	R₁=0.0425， wR₂=0.0689	R₁=0.0449， wR₂=0.0838	R₁=0.0418， wR₂=0.0802	R₁=0.0427， wR₂=0.0782	R₁=0.0343， wR₂=0.0676	R₁=0.0375， wR₂=0.0678

Table 2 N2 adsorption test results of Cu3(BTC)2 and NENU⁃n(30—37)

Sample	Volume adsorbed/（cm³·g^‒1）	S_BET/（m²·g^‒1）	Sample	Volume adsorbed/（cm³·g^‒1）	S_BET/（m²·g^‒1）
Cu₃（BTC）₂	250	954.0	NENU⁃34	124	468.0
NENU⁃30	122	460.7	NENU⁃35	123	464.0
NENU⁃31	123	464.0	NENU⁃36	126	475.8
NENU⁃32	127	479.5	NENU⁃37	127	479.5
NENU⁃33	125	472.0

Table 3 Oxidative desulfurization with different catalysts*

Entry	Abb.	Code number	Conv.（%）	Entry	Abb.	Code number	Conv.（%）
1	PW₁₁Mn	—	30.3	6	PW₁₁Fe@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃33	96.4
2	PW₁₂@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃3	92.0	7	PW₁₁Co@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃34	93.2
3	PW₁₁Ti@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃30	98.5	8	PW₁₁Ni@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃35	98.2
4	PW₁₁Cr@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃31	96.9	9	PW₁₁Cu@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃36	95.3
5	PW₁₁Mn@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃32	99.0	10	PW₁₁Zn@Cu₃（BTC）₂	NENU⁃37	94.7

References 31

1	Zhang Z.， Liu Y. W.， Tian H. R.， Li X. H.， Liu S. M.， Lu Y.， Sun Z. X.， Liu T. B.， Liu S. X.， Matter， 2020， 2（1）， 250—260
2	Liang D. D.， Liu S. X.， Ma F. J.， Wei F.， Chen Y. G.， Adv. Synth. Catal.， 2011， 353（5）， 733—742
3	Ma F. J.， Liu S. X.， Ren G. J.， Liang D. D.， Sha S.， Inorg. Chem. Commun.， 2012， 22， 174—177
4	Li X. H.， Liu Y. W.， Lu Y.， Zhang Z.， Tian H. R.， Liu S. M.， Liu S. X.， Chem. Commun.（Camb）， 2020， 56（11）， 1641—1644
5	Li N.， Liu J.， Dong B. X.， Lan Y. Q.， Angew. Chem. Int. Ed. Engl.， 2020， 59（47）， 20779—20793
6	Yang L.， Zhang Z.， Zhang C. N.， Li S.， Liu G. C.， Wang X. L.， Inorg. Chem. Front.， 2022， 9（18）， 4824—4833
7	Sun C. Y.， Liu S. X.， Liang D. D.， Shao K. Z.， Ren Y. H.， Su Z. M.， J. Am. Chem. Soc.， 2009， 131， 1883—1888
8	Liu Y. W.， Liu S. M.， He D. F.， Li N.， Ji Y. J.， Zheng Z. P.， Luo F.， Liu S. X.， Shi Z.， Hu C. W.， J. Am. Chem. Soc.， 2015， 137（39）， 12697—12703
9	Zhong X. H.， Lu Y.， Luo F.， Liu Y. W.， Li X. H.， Liu S. X.， Chem. Eur. J.， 2018， 24（12）， 3045—3051
10	Zhang Z.， Tao Y. W.， Tian H. R.， Yue Q.， Liu S. M.， Liu Y. W.， Li X. H.， Lu Y.， Sun Z. X.， Kraka E.， Liu S. X.， Chem. Mater.， 2020， 32（13）， 5550—5557
11	Zhang Z.， Liu Y. W.， Tian H. R.， Ma X. J.， Yue Q.， Sun Z. X.， Lu Y.， Liu S. X.， ACS Nano， 2021， 15（10）， 16581—16588
12	Ma F. J.， Liu S. X.， Sun C. Y.， Liang D. D.， Ren G. J.， Wei F.， Chen Y. G.， Su Z. M.， J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（12）， 4178—4181
13	Liu Y. W.， Liu S. M.， Liu S. X.， Liang D. D.， Li S. J.， Tang Q.， Wang X. Q.， Miao J.， Shi Z.， Zheng Z. P.， ChemCatChem， 2013， 5（10）， 3086—3091
14	Li X. H.， Liu Y. W.， Liu S. M.， Wang S.， Xu L.， Zhang Z.， Luo F.， Lu Y.， Liu S. X.， J. Mater. Chem. A， 2018， 6（11）， 4678—4685
15	Wang J.， Huo H. Y.， Wang Y.， Zhang Z.， Liu S. X.， Chem. J. Chinese Universities， 2022， 43（1）， 20210557
	王婕，霍海燕，王洋，张仲，刘术侠. 高等学校化学学报， 2022， 43（1）， 20210557
16	Wang Y.， Sun C. Y.， Wang R. W.， Zhang Z. D.， Zhang D. M.， Zhang Z. T.， Qiu S. L.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（6）， 1265—1270
	王影，孙传胤，王润伟，张震东，张大明，张宗弢，裘式纶. 高等学校化学学报， 2019， 40（6）， 1265—1270
17	Ahmadian M.， Anbia M.， Energy & Fuels， 2021， 35（13）， 10347—10373
18	Abazari R.， Esrafili L.， Morsali A.， Wu Y.， Gao J.， Appl. Catal. B： Environ.， 2021， 283， 119582
19	Zhang R. L.， Wang Y.， Yu Z. Q.， Sun Z. C.， Wang A. J.， Liu Y. Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2021， 42（6）， 1914—1923
	张仁丽，王瑶，遇治权，孙志超，王安杰，刘颖雅. 高等学校化学学报， 2021， 42（6）， 1914—1923
20	Nisar A.， Zhuang J.， Wang X.， Adv. Mater.， 2011， 23（9）， 1130—1135
21	Jiang C. Y.， Wang J. J.， Wang S. T.， Guan H. Y.， Wang X. H.， Huo M. X.， Appl. Catal. B： Environ.， 2011， 106（3/4）， 343—349
22	Li Y.， Zhang Y.， Wu P.， Feng C.， Xue G.， Catalysts， 2018， 8（12）， 639
23	Deltcheff C. R.， Fournier M.， Franck R.， Thouvenot R.， Inorg. Chem.， 1983， 22， 207—216
24	Liu Y. Y.， Hu C. W.， Wang Z. P.， Zhang J. Y.， Wang E. B.， Sci. China： Ser. B， 1996， 39（1）， 86—94
25	Tourne C. M.， Tourne G. F.， Malik S. A.， Weakley T. J. R.， J. Inorg. Nucl. Chem.， 1970， 32， 3875—3890
26	Zonnevijlle F.， Tourne C. M.， Tourne G. F.， Inorg. Chem.， 1982， 21（7）， 2751—2757
27	Song F. Y.， Ding Y.， Ma B. C.， Wang C. M.， Wang Q.， Du X. Q.， Fu S.， Song J.， Energy Environ. Sci.， 2013， 6（4）， 1170
28	Weakley T. J. R.， Malik S. A.， J. Inorg. Nucl. Chem.， 1967， 29， 2935—5944
29	Song J.， Luo Z.， Britt D. K.， Furukawa H.， Yaghi O. M.， Hardcastle K. I.， Hill C. L.， J. Am. Chem. Soc.， 2011， 133（42）， 16839—16846
30	Liu H.， Gong L. G.， Wang C. X.， Wang C. M.， Yu K.， Zhou B. B.， J. Mater. Chem. A， 2021， 9（22）， 13161—13169
31	Chui S. S. Y.， Lo S. M. F.， Charmant J. P. H.， Orpen A. G.， Williams I. D.， Science， 1999， 283（5405）， 1148—1150

[1]	CHEN Shaochen, CHENG Min, WANG Shihui, WU Jinkui, LUO Lei, XUE Xiaoyu, JI Xu, ZHANG Changchun, ZHOU Li. Transfer Learning Modeling for Predicting the Methane and Hydrogen Delivery Capacity of Metal-organic Frameworks [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(2): 20220459.
[2]	LU Yu, WANG Tie. Research Progress of Hollow Metal-organic Frameworks [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(1): 20220662.
[3]	ZOU Yingying, ZHANG Chaoqi, YUAN Ling, LIU Chao, YU Chengzhong. Recent Advances in Metal-organic Framework Derived Hollow Superstructures： Synthesis and Applications [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(1): 20220613.
[4]	YANG Qingfeng, LYU Liang, LAI Xiaoyong. Progress on Preparation and Electrocatalytic Application of Hollow MOFs [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2023, 44(1): 20220666.
[5]	ZHAO Yingzhe, ZHANG Jianling. Applications of Metal-organic Framework-based Material in Carbon Dioxide Photocatalytic Conversion [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(7): 20220223.
[6]	YANG Lijun, YU Yang, ZHANG Lei. Construction of Dual-functional 2D/3D Hydrid Co₂P-CeO _x Heterostructure Integrated Electrode for Electrocatalytic Urea Oxidation Assisted Hydrogen Production [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220082.
[7]	ZHANG Yichao, ZHAO Fulai, WANG Yu, WANG Yaling, SHEN Yongtao, FENG Yiyu, FENG Wei. Experimental Optimization and Theoretical Simulation of High Performance Field-effect Transistors Based on Multilayer Tungsten Diselenide [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220113.
[8]	LU Cong, LI Zhenhua, LIU Jinlu, HUA Jia, LI Guanghua, SHI Zhan, FENG Shouhua. Synthesis， Structure and Fluorescence Detection Properties of a New Lanthanide Metal-Organic Framework Material [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220037.
[9]	HU Huimin, CUI Jing, LIU Dandan, SONG Jiaxin, ZHANG Ning, FAN Xiaoqiang, ZHAO Zhen, KONG Lian, XIAO Xia, XIE Zean. Influence of Different Transition Metal Decoration on the Propane Dehydrogenation Performance over Pt/M-DMSN Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210815.
[10]	TIAN Xueqin, MO Zheng, DING Xin, WU Pengyan, WANG Yu, WANG Jian. A Squaramide-containing Luminescent Metal-organic Framework as a High Selective Sensor for Histidine [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(2): 20210589.
[11]	DONG Mingjie, WANG Xuan, DONG Haifeng, ZHANG Xueji. Applications of Metal-organic Frameworks in Cancer Theranostics [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(12): 20220575.
[12]	ZHU Haotian, JIN Meixiu, TANG Wensi, SU Fang, LI Yangguang. Properties of Transition Metal-biimidazole-Dawson-type Tungstophosphate Hybrid Compounds as Supports for Enzyme Immobilization [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220328.
[13]	LIU Kun, YIN Yuan, GENG Wenqiang, XIA Haotian, LI Hua. Influence Mechanism of Filling Transition Metal Oxide Catalyst with Different Components on Nitrogen Fixation in Dielectric Barrier Discharge [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220278.
[14]	DING Qin, ZHANG Zixuan, XU Peicheng, LI Xiaoyu, DUAN Limei, WANG Yin, LIU Jinghai. Effects of Cu， Ni and Co Hetroatoms on Constructions and Electrocatalytic Properties of Fe-based Carbon Nanotubes [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220421.
[15]	WANG Zumin, MENG Cheng, YU Ranbo. Doping Regulation in Transition Metal Phosphides for Hydrogen Evolution Catalysts [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(11): 20220544.

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