基于有机小分子构筑的无机-有机杂化类多铁材料的研究

Multiferroics, in which both the ferromagnetism and the ferroelectricity can coexist, is of great technological and fundamental importance, because magnetism and ferroelectricity are essential to many forms of current technology. Up to now, most reported multiferroics materials are pure inorganic compounds, but multiferroics based on inorganic-organic hybrid are rare. In fact because inorganic-organic hybrids possess the useful properties of both inorganic (electronic d and f orbital properties such as luminescence and magnetism) and organic (chromophore, chirality, and tailorable) compounds within a single molecular-scale composite, it will promote the development of optoelectronic devices greatly if it can be found to achieve the similar multiferroics properties compared to inorganic compounds. To contribute to the inorganic-organic hybrid multiferroics, the study is mainly about three hybrid systems as: metal-organic coordinated complexes, ionic compounds and composites based on small organic molecules which exhibit the high spontaneous polarization at/or above room temperature, in which organic molecules meet the demand of ferroelectric while transition-metal ions result in the occurrence of magnetism. To the end, the magnetoelectricity effect will be summarized and analysed by comparing three systems and the relationship between the structure and the property will be analysed by theoretical arithmetic and experimental results. We look forward to obtaining the novel multiferroics based on inorganic-organic hybrids and bringing the valuable theoretical directions in this area.

基于分子材料拓展的多功能材料中，集合铁磁性和铁电性的多铁材料是目前很多生产技术的本质所在，具有重要的理论意义及潜在应用价值。到目前为止，大部分已被报导的多铁材料为无机化合物，而基于有机分子构筑的无机-有机杂化多铁材料却很少被报导。事实上集合无机物电、磁、光及有机物手性、可调节性等共同优点的无机-有机杂化材料相比于无机物在合成、性质等方面均有优越的性能。所以如能发现可媲美现有无机化合物的无机-有机杂化类多铁材料，必将为光电设备的发展带来新的革命。本课题即在此思路指导下，选择近期被证实室温时具有高自发极化性能的有机小分子，通过离子型、共价型、复合型三种不同方式使其与无机金属离子作用，在保证杂化材料铁电性的同时，引入磁性金属离子，对其光、电、磁等性质进行研究，对比通过三种不同方式得到的杂化材料的磁电效应，最终得到具有优越铁电性及铁磁性相结合的多铁材料，为新型多铁材料的设计和制备提供新的研究思路。

基于分子材料拓展的多功能材料中，集合铁磁性和铁电性的多铁材料是目前很多生产技术的本质所在，具有重要的理论意义及潜在应用价值。到目前为止，大部分已被报导的多铁材料为无机化合物，而基于有机分子构筑的无机-有机杂化多铁材料却很少被报导。事实上集合无机物电、磁、光及有机物手性、可调节性等共同优点的无机-有机杂化材料相比于无机物在合成、性质等方面均有优越的性能。所以如能发现可媲美现有无机化合物的无机-有机杂化类多铁材料，必将为光电设备的发展带来新的革命。本课题即在此思路指导下，选择室温时具有高自发极化性能的有机小分子，使其与无机金属离子作用，设计和合成了一系列具有极性空间群且结构新颖的金属有机配合物，对其光、电、磁等性质进行研究。特别地，研究中发现适当地引用第二配体或第二金属离子有利于增强体系的极性，从而可以使金属配合物从单一功能转变为光电磁多功能材料。如在进行基于克酮酸体系配合物的合成中通过加入第二配体2,5-吡啶二羧酸或碱金属K+，使原本的非极性单一功能材料转变为具有极性结构且良好发光性能、铁电性能及磁弛豫现象共存的稀土-克酮酸类多功能金属有机杂化材料；再如，通过使用手性配体1,2-二(2-苯并咪唑)-1,2-二羟基乙烷为原料合成了具有迷人结构的三十二核铜配合物，该配合物具有良好的光催化降解染料罗丹明B、电催化还原亚硝酸盐的性质，并具有强的反铁磁耦合作用，这是迄今为止发现的具有Cu4O3X结构单元核数最多的铜配合物，也是非常良好的光电磁多功能材料。此外，项目中得到了大量具有极性结构的金属有机配合物，这些配合物具有的铁电性质及磁性质二者之间的联系值得我们进一步深入地研究。综上，本项目研究不仅对磁电多铁材料还对光电磁多功能材料的研究有着重要的科学意义，这些设计思想和研究成果，也将会为新型多功能材料的设计和制备提供新的研究思路及有价值的信息。