锰及其混金属构筑的无钆大磁热效应MOFs材料的设计合成与构效关系研究

Magnetocaloric effect (MCE) materials have a pivotal role in modern cryogenic engineering and defense industry. MCE Metal-organic framework materials (MOFs) become a new research hotspot, due to their tunable structures, high thermal stability and good chemical stability. Additionally, they are more economical and practical than other Gd-based MCE materials. The aim of this project is to design and synthesis large MCE MOFs materials based on manganese and those mixed with other metals such as alkali or alkaline earth metals with high thermal stability and good chemical stability. The effect of nonmagnetic metals and the magnetic pathway mediated by different bridging mode of the organic ligands between the metal ions on the MCE will be also investigated. This work is helpful for understanding the structure-MCE relationship of these materials and make some contributions for seeking new low-temperature MCE materials with potential application.

磁热效应材料在现代低温工程及国防工业有着举足轻重的作用。磁热效应金属有机框架材料因其结构易于调控，热稳定高和化学稳定性好，成为了新的研究热点。而磁热效应锰及其混金属基有机框架材料除了具有上述特征外，还具有其它含钆磁热效应材料无法比拟的更经济实惠的优点。本项目旨在设计合成无钆大磁热效应、高热稳定性、好化学稳定性和经济实惠的锰及锰-碱金属/碱土金属混金属有机框架材料。通过对配体桥联模式的调控及异金属的引入，考察金属之间磁传递的途径、非磁性金属对磁热效应等性质的影响，进而研究其构效关系。本项目的实施将拓展低温磁热效应材料的类型，加深人们对低温磁热材料结构和性能构效关系的了解，为寻找有实际应用价值的低温磁热效应材料做出一定的贡献。

磁热效应金属有机框架(MOFs)材料具有迷人的结构多样性以及结构易于修饰性，因此设计合成新颖的大磁热效应金属有机框架材料是当前磁热效应材料研究的一个新热点。本项目采用水热法和溶剂热法，利用过渡金属的Mn(II)盐与羧酸配体反应，合成了数个MOFs材料，研究了它们的热稳定性、磁热效应等性能。发现引入抗磁性的碱金属或者苯环作为磁阻断器，是一种获得过渡金属Mn(II)基大磁热效应MOFs材料比较好的策略，从而减小了设计合成过渡金属Mn(II)基大磁热效应MOFs材料的盲目性。同时也探索了异金属Ni(II)/Gd(III)以及Gd(III)簇构筑的MOFs材料的磁热效应。项目执行三年来，对合成新型大磁热效应MOFs材料做了有益的探索，并取得了一些有价值的研究成果。项目部分成果共发表SCI收录的论文8篇，其中7篇响应因子大于3，申请国内发明专利1项，协助导师培养了2名博士和2名硕士。