新型多酸基单分子磁体的设计合成及性质研究

The studies on single molecular magnets (SMMs) is an interdisciplinary area between molecule based magnets and nanoscale magnetic materials that not only have potential applications in density information storage and quantum computing but also has great commercial and industry development values..Although continuous stream of magnetic molecules featuring diverse metal ions, nuclearities, and topologies each year, little progress has been made in achieving a significant increase in the blocking temperature for such organic-bridged SMMs. The inherent flexibility of many organic ligands makes it difficult to restrain the alignment of spin centers and regulate intramolecular exchange coupling. More rigorous synthetic control, thus, calls for supporting ligands of less flexibility. The project prepares to use well-defined and definite coordination model polyoxometalates as multi-dentate O-doner ligands and inorganic magnetic shield to replace the organic ligand of potential and performed SMMs and construct new type of polyoxometalates based single-molecule magnets. The full implementation of the project will provide the groundwork for further analysis of the relationship between the property and structure and offer the new path of controllable synthesis of of single molecule magnets.

单分子磁体是介于分子基磁体和纳米磁性材料的学科交叉点，在量子计算、 高密度信息存储等方面有很大的应用潜力，极具商业和产业价值。.虽然通过调变有机配体、结合不同金属离子、改变顺磁中心数量及拓扑结构的策略每年都有大量的新型单分子磁体化合物被报道，但是在提高阻塞温度方面取得的进展却很小。其中的原因之一就是由于传统的柔性有机配体很难限定自旋中心形成特定的排布，在调节分子内部的交换耦合能力方面也较差。因此，在实现单分子磁体的可控化合成的探索中，使用刚性更强的配体是十分必要的。本项目拟通从定义良好、配位环境固定的多金属氧酸盐出发，作为多齿含氧配体及无机抗磁屏蔽物，与已有的磁性配合物反应，对潜在的和已知的单分子磁体化合物进行配体替换及分割，合成基于POM构筑块的新型单分子磁体，显示并提高单分子磁体特性。该项目的成功实施将会对单分子磁体结构与性质之间的关系的进一步分析及单分子磁体可控化的合成奠定基。

本课题利用多阴离子模板剂及无机多齿含氧配体的特性，诱导磁性配合物及磁性离子形成定向结构并实现对其结构的精细调控，探索合成具有单分子磁体行为的多酸基化合物。经过三年努力，取得以下三方面成果：一、 基于多酸盐对铁磁性簇合物进行磁稀释、调控及模板剂作用，成功获得一系列结构可控的单分子磁体化合物；二利用多钼酸为配体做无机多齿配体，设计并合成了新颖的高核过渡金属簇合物，并成功获得首例以多钼酸为配体构筑的同核金属簇单分子磁体化合物；三、以纯无机基团作为桥联配体合成首例基于Mn2的链状磁体化合物；四、以缺位砷酸盐作为多齿配体合成了首例有机官能化的As基夹心型配合物。三年来，在本项国家自然科学基金(21201090)资助下以项目第一作者身份共发表SCI论文3篇，EI论文1篇，以第二作者身份共发表SCI论文1篇。其中一篇被选为Journal of Coordination Chemistry杂志外封面。此外，以第一发明人身份获得国家发明专利四项。本项目研究目标均已圆满完成。