过渡及稀土金属簇合物单分子磁体的设计与性质研究

Single Molecular Magnets (SMMs) with nanometer size always shows unique magnetic property, and its unique magnetic property has potential applications in high-density information storage devices. Consequently, the study of SMMs has attracted much attention in coordination chemistry field. But so far, it also cannot achieve directional synthesis for the compounds of SMMs, it is necessary to develop its new synthesis technology. And there are also many difficulties in theory research, it has not find an effective way to improve their magnetic property. This project will select the monocarboxylic acids with substituents assisted by terminal ligands, 3d transition and 4f rare earth metal ions as metal centers, to construct a series of SMMs cluster complexes, and further develop green solvent-free synthesis technology assisted by microwave and ultrasonic to construct new SMMs clusters. And we will control the experimental conditions, such as molar ratios, to reveal their influence on the structure of SMMs clusters, and achieve the directional synthesis of single crystal of SMMs clusters. Meanwhile, the relationship of structure and property will be further studied by means of theoretical calculation , and combine the experimental data with theoretical calculation to study the mechanism of the magnetic relaxation, to provide the theoretical guidance for design and development of better SMMs.

纳米尺度的单分子磁体具有独特的磁性能，其特殊的磁性使其在高密度信息存储设备方面具有潜在的应用价值, 因而成为近年来配位化学领域的研究热点，但目前该类单分子磁体化合物还无法实现定向合成，其合成技术有待拓展，且在理论研究方面也存在许多困难，仍未找到改善其磁性能的有效途径。本项目拟选用取代的一元羧酸配体及辅助端基配体，以3d过渡金属和4f稀土金属中心构筑系列单分子磁体簇合物。借助微波、超声等无溶剂热合成技术，实现簇合物单晶的绿色合成，以高效地制备出系列单分子磁性簇合物。通过优化实验条件、改变配体配比等因素，探索并揭示出影响单分子簇合物结构的内在机制，以期实现单分子簇合物单晶的高效定向合成。此外，借助理论计算手段深入研究其晶体结构与磁性能之间的构效关系，将实验数据与理论计算相结合，对其磁弛豫现象的机理进行深入探讨，为设计和开发优良的单分子磁体提供理论指导。

具有纳米尺寸的多核金属簇合物，往往具有迷人的晶体结构和特殊的磁性特征，因而在晶体工程和磁性材料领域具有重要的研究意义,是近年来配位化学领域的研究热点之一。基于此，本课题按照项目计划开展了相关3d过渡和4f稀土金属簇合物的分子设计、晶体结构与磁性研究。本项目主要选用取代的一元芳香羧酸配体（如二氯苯甲酸、1-萘甲酸等）为桥连配体，以双齿或三齿的吡啶配体（如2,2’-联吡啶和三联吡啶）为辅助端基配体，以3d过渡金属和4f稀土金属为中心构筑了20个多核金属簇合物。在实验合成中通过优化实验条件，如改变原料的投料比例等因素，得到了两例不同配比且结构各异的Cu-Er簇合物，探索了实验条件对簇合物晶体结构的影响，并在实验中秉承环保理念选择绿色溶剂合成簇合物，为研究探索新颖簇合物的合成设计提供了新途径和新理念。基于对所得簇合物的晶体结构的分析，我们对它们的磁性均做了测试表征和分析讨论，其中有1个Cu-Dy簇合物和1个三核Ni簇合物的表现出较好的磁迟豫特征，它们的交流磁化率均呈现频率依赖关系，且Ni簇合物中呈现出两个磁迟豫过程，它们为典型的单分子磁体。该研究结果丰富了单分子磁体簇合物的内容，为设计、合成和研究单分子磁体簇合物提供了新的案例和有益经验。目前本项目共发表SCI期刊论文15篇，其中第一标注的为8篇，第二、第三和第四标注的为7篇，尚有2篇相关论文正在撰写中。