手性多功能自旋转换簇合物的设计合成及性能研究

作为一种新型分子磁性材料，自旋转换化合物的热致和光致双稳态性能具有重要的科学意义和广泛的应用前景。本项目针对自旋转换体系的多核化和多功能化问题，以手性自旋转换簇合物为研究对象，采用功能导向的分子组装方法，通过含咪唑基团的手性双臂席夫碱配体的设计和剪裁，实现特定核数和结构的分子铁基簇合物的可控组装，研究簇合物自旋转换的方式和特征，考察各种结构因素对双稳态性能的影响，揭示簇合物体系自旋转换性能和结构之间的关系规律。进一步研究结晶于极性点群的手性自旋转换簇合物潜在的铁电性能，考察铁电性质的来源和影响因素，揭示自旋转换和铁电共存和耦合的方式，初步探索分子中自旋转换和铁电的机理问题。通过本项目的开展，实现自旋转换簇合物体系的可控组装和性能调控，拓展新型磁电多功能分子材料的设计思路；项目研究成果可为分子自旋电子学以及高密度信息存储提供多功能内集成的单分子器件材料。

自旋转换分子磁体的设计和构筑是分子材料研究的前沿领域。本项目以自旋转换配合物为研究对象，通过较系统的结构和磁性研究获得一些创新性成果，尤其是在手性自旋转换簇合物及自旋转换纳米复合物材料的构筑和磁性调控方面有了新的发现。(1)通过1-烷基-1H-咪唑-2-甲醛、光学纯苯乙胺衍生物与亚铁离子的的多组分自组装成功合成了一系列纯手性单核自旋转换铁(II)化合物，发现其具有丰富多变的自旋转变行为，研究了取代基效应、晶体堆积和分子间相互作用等因素对自旋转变温度的影响。这些研究揭示了某些磁双稳态现象的本质，为手性自旋转换分子的设计提供了重要信息。同时研究了手性自旋转换配合物的铁电、对小分子的手性识别、固载以及液晶等性能，实现了自旋转换体系的多功能化，拓展了新型多功能磁性分子材料的设计思路。首次研究了自旋转换的分子合金体系，不仅实现了磁行为的调控，而且发现个别分子合金的磁转变温度高于单组分体系，为自旋转换性能调控指出了一个新的方向。(2)采用功能导向的手性组装方法，实现特定核数和结构的手性自旋转换簇合物的可控组装，研究了簇合物自旋转换的方式和特征，考察各种结构因素对双稳态性能的影响，揭示了手性簇合物体系自旋转换性能和结构之间的关系规律。进一步研究了自旋转换簇合物的结构互变、客体卤素离子诱导自旋转变以及共晶和共晶和异质外延等现象，丰富了自旋转换簇合物的研究范围。(3)从基底复合、多功能复合和多阶段磁性核壳结构三个方面设计、合成不同的三唑Fe(II)自旋转换纳米复合材料，并研究复合材料间的相互影响，尤其是三唑Fe(II)纳米自旋转换性能的变化情况。分别以石墨烯、氧化铝膜、阳离子交换树脂为基底，通过不同方法与三唑Fe(II)纳米复合成功得到了相应的自旋转换纳米复合材料，探究了Fe(II)盐与不同有机配体形成的核壳纳米复合材料的合成、生长机理及自旋转换性能。