Flexible V7O16 Layers as the Common Structural Element of Vanadium Oxide Nanotubes and a New Crystalline Vanadate

• Published in: Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie (1950) Vol. 628; no. 12; pp. 2778 - 2784
• Main Authors: Wörle, Michael, Krumeich, Frank, Bieri, Fabian, Muhr, Hans-Joachim, Nesper, Reinhard
• Format: Journal Article
• Language: English; German
• Published: Weinheim WILEY-VCH Verlag 01.12.2002; WILEY‐VCH Verlag
• Subjects: Electron microscopy; Nanotubes; Structure elucidation; Vanadium oxides; Wall structure
• ISSN: 0044-2313; 1521-3749
• DOI: 10.1002/1521-3749(200212)628:12<2778::AID-ZAAC2778>3.0.CO;2-H

The walls of vanadium oxide nanotubes (VOx‐NTs) are built up by vanadate layers between which the structure‐directing template, either a primary amine or a diamine with long alkyl chain, is located. The feasibility of various exchange reactions under preservation of the tubular morphology indicates a high structural flexibility of the VOx‐NTs. The structure of the vanadate layers appears to be the same in all tubular vanadates, as revealed by the similarity of the diffraction patterns. Plate‐like crystals of a new crystalline phase, structurally closely related to the nanotubes, have now been prepared with ethylene diamine, applying a route that is analogous to the VOx‐NT synthesis. The single crystal X‐ray structure determination showed that this new phase has the composition (en)V7O16 and crystallizes with triclinic symmetry. The structure is composed of V7O16 layers between which ethylene diamine mo le cules are embedded. The V7O16 layers comprise two sheets of square VO5 pyramids and VO4 tetrahedra that connect these sheets. The available experimental data establish that this V7O16 layer also is the basic element of the VOx‐NT wall structure. The simulated X‐ray powder diffraction pattern calculated with a corresponding structural mode for VOx‐NTs agrees well with the observed one. Flexible V7O16‐Schichten als gemeinsames Strukturelement von Vanadiumoxid‐Nanoröhren und einem neuen kristallinen Vanadat Die Wände der Vanadiumoxid‐Nanoröhren (VOx‐NTs) bestehen aus Vanadat‐Schichten zwischen die das strukturdirigierende Templat, ein primäres Amin oder Diamin mit langer Alkylkette, eingebaut ist. Verschiedene Austauschreaktionen, die unter Beibehaltung der Röhrenform stattfinden, deuten auf eine grosse strukturelle Flexibilität der VOx‐NTs hin. Die Struktur der Vanadat‐Schichten ist in allen röhrenartigen Vanadaten ähnlich, wie die Beugungsmuster belegen. Plättchen‐förmige Kristalle einer neuen Phase konnten nun mit Ethylendiamin auf einem zu der VOx‐NT‐Synthese analogen Weg erhalten werden. Die Röntgenstrukturbestimmung an Einkristallen dieser mit den VOx‐NTs eng verwandten Phase ergab die Zusammensetzung (en)V7O16. Die trikline Struktur besteht aus V7O16‐Schichten zwischen die Ethylendiamin‐Moleküle eingelagert sind. Die V7O16‐Schicht besteht aus zwei Ebenen von quadratischen Pyramiden VO5 und Tetraedern VO4, die diese Ebenen miteinander verknüpfen. Alle verfügbaren experimentellen Befunde belegen, dass solche V7O16‐Schichten auch das Gerüst der VOx‐NT Röhrenwände bilden. So stimmt das mit den Daten der entsprechenden Modellstruktur simulierte Röntgenpulverdiagramm gut mit dem beobachteten überein.