新型微孔和自旋交叉分子磁性材料的设计合成、结构及性质研究

Molecular magnetism has developed into an emerging cross-disciplinary research field, which covers Chemistry, Physics, Material, Life Sciences, etc. Its main tusk is to study and clarify the nature of the magnetic coupling between the spin carriers in molecule system, reveal the correlation between the structure and the molecular magnetism and design and synthesize new molecular magnetic materials. As the important representatives of the molecular magnetic materials, hole-magnetic and spin crossover magnetic material, have increasingly attracted the intense attention of the material scientist because of their important application prospect in many fields, such as gas storage and separation, catalysts, drug release, information storage, molecular switch, color device and chemical sensors, etc. The main purpose of this project: 1. By using a variety of molecule-based magnet as assemble segments and combining with the rationally designed and selected organic bridging ligands to prepare the new micropore molecular magnetic material. 2. By assembling the metal ions owing the bistable electronic configuration with the different diamagnetic or paramagnetic precursors under the help of different types of organic ligand to prepare the new spin crossover magnetic material. The structure, synthesis regularity and function property of the above two types of materials will be systematically investigated, so as to provide valuable information and experimental basis for the practical application of the molecular magnetism field.

分子磁学已经成为一门涉及化学、物理、材料和生命科学等学科的新兴交叉研究领域，其主要方向是研究和阐明分子体系中自旋载体之间的磁耦合本质，揭示分子磁性与结构的关系，设计和合成功能化分子磁性材料等。作为分子磁性材料的重要代表，孔磁材料和自旋交叉材料，由于在气体的储存和分离、催化剂、药物释放、信息存储、分子开关、显色器件和化学传感器等方面的重要应用前景，已经越来越引起材料科学家的密切关注。本课题的主要目的：1. 设计和选择不同结构类型的有机桥联配体，与各种分子基磁体单元进行组装反应，制备以分子基磁体作为组装节点的新型微孔分子磁性材料。2. 设计和选择不同齿数、不同空间结构的配位前驱体，结合不同结构类型的有机配体，与具有双稳态电子结构的金属离子进行组装反应，制备新型自旋交叉分子磁材料。在此基础上，系统研究两种材料的结构、合成规律、功能性质，为分子磁学领域的实际应用提供重要信息和实验依据。

分子磁性材料在航天、微波、信息记录、光磁及电磁等领域的巨大潜在应用价值，经成为化学、物理学以及材料科学等学科领域研究的热点之一。本课题主要研究内容：开发新的配位前驱体，结合不同结构的有机配体，制备新型自旋交叉分子磁性材料，研究其结构和功能性质；设计并选择多核磁性金属簇作为组装单元，合成新型微孔磁性材料，研究其结构和功能性质。.1.首次以四面体型[Hg(SCN)4]2-作为前驱体，以4,4’-bipy作为第二配体，以Fe(II)离子作为自旋中心得到了结构新颖、具备结构对称性断裂特征的二维自旋交叉分子磁性材料。.2. 以双4-吡啶基乙烯，4-吡啶甲醛双缩水合肼，吡嗪，萘啶等7个化合物作为桥联配体，利用前驱体[Hg(SCN)4]2-的原位降解，得到了一系列未见报到的新的二维配位聚合物，研究了其合成、单晶结构及自旋交叉磁学性质。.3. 以[Hg(S/SeCN)4]2-作为前驱体，以双4-吡啶基乙烷/乙烯，3,3’-bipy等作为桥联配体，Fe(II)作为自旋中心，首次得到了非霍夫曼型三维配位聚合物，解析了其单晶结构，研究了其变温及光照下的磁学性质。.4. 以3,3’-azpy, Py-S-CH2-S-Py等刚柔性不同的桥联配体，合成了一系列不同维度的配位聚合物，研究了其结构、磁学、汞离子吸附等性质。.5. 以3-XPy, 3,5-dimethylPy等合成了一系列三维配位聚合物。基于3-FPy的化合物表现出不完全温控自旋交叉现象和独特的光致不完全自旋交叉---完全高自旋---完全低自旋---完全高自旋的自旋转换现象。.6. 以双齿V型吡啶酰胺作为桥联配体，以SCN-/SeCN-作为端基配体，得到了格栅状一维配位聚合物，详细探讨了其结构、温控、光控自旋交叉磁学性质。.7. 研究了多核金属簇合物的合成及其与卟啉类化合物的组装反应，得到多个微孔磁性配位聚合物，探讨了其结构及不同条件下的磁学性质。.8. 以研究自旋磁性耦合为目的, 设计合成得到了第一例3d-4d氰根桥联手性纳米分子磁体，从理论和实验角度探讨了其结构和磁学性质。.课题通过对所得到的新的分子磁性材料的结构及不同条件下磁学性质的研究，可以为新型分子磁性材料的研究提供有益的设计思路，也可以为该领域的实际应用提供信息和实验依据。