Synthesis， Structure， Magnetism of a Thorium-Iron Oxo Cluster and Its Application in Catalyzing the Coupling Reaction of Benzylamine

doi:10.7503/cjcu20240437

Abstract

Abstract:

A novel negatively charged thorium-iron oxo cluster，［Th₂Fe₁₀O₄（C₆H₅PO₃）₁₂（CH₃O）₈Cl₄］^6-（Th₂Fe₁₀） was synthesized via the solvothermal method. Multiple techniques were employed to investigate its structure， chemical compositions， magnetic properties and catalytic performance. Single-crystal X-ray diffraction data revealed that the structure of Th₂Fe₁₀ represents a novel dodecanuclear Th-Fe oxo cluster， which is formed due to the synergistic hydrolysis， alcoholysis and condensation reactions of Th（Ⅳ） and Fe（Ⅲ） ions， along with the passivation by phenylphosphonate groups. Th₂Fe₁₀ is not only the second reported Th-Fe oxo cluster， but also one of the few actinide-transition metal oxo clusters. The crystals of Th₂Fe₁₀ exhibit remarkable visible light absorption properties and strong antiferromagnetic exchange interactions between Fe（Ⅲ） ions. Moreover， Th₂Fe₁₀ possesses excellent performance in catalyzing the benzylamine coupling reaction， achieving up to 94% conversion and 96% selectivity， while maintaining good catalytic performance after multiple cycles. Scavenging experiments of reactive species demonstrated that electrons， holes， ¹O₂ and ·OH play significant roles in the catalytic process， which was further verified through electrochemical measurements and electron paramagnetic resonance（EPR） spectroscopy. The catalytic reaction mechanism was postulated based on these experimental results.

Key words: Heterometallic oxo cluster, Thorium-iron oxo cluster, Magnetic property, Catalytic performance, Coupling reaction of benzylamine

CLC Number:

O614

TrendMD:

WANG Chunhui, ZHANG Yang, HAN Zhe, GAO Yuan, HE Puyong, FAN Chaoyue, QIU Jie. Synthesis， Structure， Magnetism of a Thorium-Iron Oxo Cluster and Its Application in Catalyzing the Coupling Reaction of Benzylamine[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(3): 20240437.

Figures/Tables 6

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