兼有导电和自旋转换分子材料的控制合成与性质研究

多功能分子材料是指一种材料兼有两种或两种以上的功能或性质，由于这些功能或性质之间可能会产生协同相互作用和耦合，进而可导致新的物理性质和现象的出现。在自旋转换材料研究领域中，最重要的发展趋势就是制备多功能的自旋转换材料。本项目拟利用分子组装和晶体工程学的方法，实现导电和自旋转换双功能组元在分子水平上的复合，分别得到电中性的盐类化合物和部分氧化的化合物，对其进行结构、磁学、电学性质方面的表征，研究其导电特征、自旋转换性质以及与分子结构之间的相互依存、相互影响和相互作用。应用量子化学计算和能带理论，从理论上探讨结构-功能的关系，研究导电-自旋转换相互作用的内在机制，建立分子间电子传导及自旋转换的模型，从分子水平上实现对材料导电和自旋转换性质的调控。

我们设计并合成了一系列六配位的单核锰（III）化合物，分子通式为[Mn(L)]ClO4,其中L 为六齿希夫碱配体，并且得到这些化合物的单晶。磁性测量和变温单晶X射线衍射证明这些化合物中一些具有自旋交叉现象，另外一些化合物的自旋态不随温度改变，保持低自旋或者高自旋态，并且证实了理论分析。在这些化合物中阳离子是通过六齿混合给体的希夫碱配体形成一个扭曲了的八面体几何构型，细微的结构影响决定了三价Mn中心具有可变的自旋态。伴随自旋交叉现象，提供了前所未有的晶体学观察数据：例如在100K左右高自旋（HS，S=2）和低自旋（LS，S=1）锰（III）化合物阳离子等比例共存。在室温时，晶体学不同的两个锰中心都是HS，两个稍微不同的单元中只有一个在温度范围（250-50K）发生自旋交叉现象，另一个在50K时仍然为HS态。根据密度泛函理论计算显示，相应实验设计是为了识别出轨道和电子间作用，首次提出了关于Mn（III）自旋交叉机制的观点，发展出以配体场为理论模型的框架。我们得到了一系列基于六配位的单核锰（III）化合物为阳离子，例如以[Ni(dmit)2]-和[Pt(mnt)2]-为阴离子的电中性盐，[MnIII(APE)][NiIII(dmit)2] 和[MnIII(APE)][PtIII(mnt)2](CH3CN)2，并且研究其磁性质。鉴于所研究的[Mn(L)]+在电结晶过程中易分解，进一步得到部分氧化的电荷转移盐的实验正在进行和探索中。.研究所取得的主要成果有：(1) 通过大量实验的积累，已经建立若干个结构-功能（自旋转换）基元库，并以此为基础，构筑了一系列自旋转换的分子材料。.(2) 对所合成的一系列自旋转变的分子材料利用多种现代物理技术测试表征，如变温X-ray衍射实验、变温磁化率测试等，对得到的实验数据进行系统归纳，建立分子自旋转换的模型，并总结得出规律。.(3) 已发表SCI收录论文7篇，其中影响因子大于10的3篇。还有几篇文章在整理投稿之中。.(4) 在本项目的研究过程中，培养了具有跨学科知识（化学、材料）的研究生2名。