基于功能化氮氧自由基分子纳米磁体的研究

以分子纳米磁体为目标，从分子设计出发，采用各种类型的功能化氮氧自由基与各向异性的金属离子特别是稀土离子组装，设计合成单分子磁体和单链磁体。研究探讨不同类型氮氧自由基，不同功能取代基团及分子内和分子间相互作用对分子纳米磁体的各向异性能垒(Ueff)、量子隧道效应等重要性质的影响。通过氮氧自由基的类型、取代基团及各向异性金属离子的选择得到具有较高"阻塞"温度（TB）分子纳米磁体。探索功能化氮氧自由基配体组装分子纳米磁体的有效途径。

由于分子纳米磁体—单分子磁体(SMM)和单链磁体(SCM)能最终实现高密度信息存储、量子计算，分子纳米磁体已成为分子磁学的重要研究领域。本课题围绕此研究热点主要开展了如下研究：以邻位吡啶、苯并咪唑等取代的螯合型氮氧自由基与稀土六氟乙酰丙酮及其衍生物盐反应得到一系列含单个稀土离子的自由基-稀土单分子磁体，其中邻位吡啶取代氮氧自由基与Tb(hfac)3形成的配合物是首个具有分子磁体行为的自由基—单核稀土配合物；以对位吡啶、含邻羟基苯取代的氮氧自由基与稀土六氟乙酰丙酮及其衍生物盐反应得到一系列自由基桥联的双核稀土单分子磁体；以苯基咪唑基、噻吩取代的氮氧自由基与Tb，Dy六氟乙酰丙酮盐反应得到一系列具有单链磁体行为的一维配合物，特别是苯基咪唑基自由基与Tb的配合物在不同温度区间展示不同的磁行为，噻吩取代的自由基与Tb形成配合物是第一个具有自旋动力学驰豫、变磁性、反铁磁有序共存自由基—稀土一维配合物。研究探讨了不同类型氮氧自由基、不同自由基取代基团及稀土离子共配体对磁弛豫、各向异性能垒、量子隧穿的影响。为设计合成新的自由基-稀土分子纳米磁体提供了新的思路和方法。