β-二酮稀土配合物单离子磁体

Single ion magnets (SIMs) of of mononuclear lanthanide complexes have attracted extensive attentions attributed to the simple structures of mononuclear lanthanide complexes, which results in the relatively less parameters affecting the magnetic anisotropy of mono-lanthanide ions. Although it is known that the coordination field and the symmetry of lanthanide ion dominate the magnetic anisotropy of mono-lanthanide ion, it is very intricacy and subtlety. There is still no a simple model to explain. It is found recently that the beta-diketones as a ligand play essential roles on regulating the magnetic anisotropy of mononuclear lanthanide ion. Most beta-diketones lanthanide complexes exhibit the feature of SIMs, especially, the anisotropy barriers of certain beta-diketones lanthanide complexes were reveal up to 187K by way of tuning the adjuvant ligand. We have been studying the synthesis, structure and properties of beta -diketones lanthanide complexes for several years and knowing the synthesis and structure of beta-diketones lanthanide complexes very well. Therefore, we are studying on the synthesis, structure and single ion magnetism of beta-diketones lanthanide complexes. To realize the target of tuning the single ion magnetism of beta-diketones lanthanide complexes, the beta-diketones and ancillary ligands are going to be systemic designed to modulate the coordiantion field and symmetry of lanthanide ions and developing the corelationship of structure and mangetism.

由于单核稀土配合物单分子磁体（单离子磁体）结构简单，影响稀土离子磁各向异性的因素相对较少，所以单核稀土配合物单离子磁体的研究受到了广泛的关注。虽然已知稀土单离子磁体的磁各向异性受配位场和稀土离子配位对称性的影响，但是配位场和配位对称性对稀土离子磁各向异性的影响微妙复杂，尚不能以简单易懂的模型解释。 最近的研究发现beta-二酮配体在调控稀土离子磁各向异性方面具有促进作用，多数二酮稀土配合物表现为单离子磁体，且某些二酮稀土配合物通过辅助配体的调控后能实现高达187K的磁各向异性能垒。 我们长期研究beta-二酮稀土配合物的合成、结构和性能，对beta-二酮稀土配合物的合成和结构非常熟悉。计划开展beta-二酮稀土配合物单离子磁体的研究。拟通过系统筛选二酮和辅助配体以实现调控稀土离子的配位场和配位对称性，建立结构和磁性的构效关系，以实现调控beta-二酮稀土配合物单离子磁体的目的。

由于分子磁体具有密度小、易裁剪、易复合等特点，稀土配合物单分子磁体（LnSMM）在高密度磁存储、高速计算机和生物传感检测等领域具有潜在重要的应用价值。设计新的β-二酮稀土配合物单分子磁体具有重要的理论和应用价值。国家自然科学基金委资助的“β-二酮稀土配合物单分子磁体”（21471051）面上项目（执行期2015年1月1日-2018年12月31日），在β-二酮稀土配合物单分子磁体领域开展了广泛的研究，取得了预期研究成果。受益于该项目的资助，该课题发表相关研究论文30余篇，获黑龙江省科学技术一等奖1项，培养博士研究生2人，硕士研究生3人。授权发明专利5项，参加国内外学术会议10人次。. 该项目按计划合成了6个系列60余种β-二酮稀土配合物，确定了所合成配合物的结构，讨论了影响β-二酮稀土配合物分子结构的重要因素，测定了所合成稀土（主要是镝）配合物的分子磁性，讨论了磁构关系。研究内容包括：二苯甲酰甲烷、N-乙基-3-吲哚三氟甲基β-二酮、三氟乙酰丙酮、苯甲酰三氟丙酮、四甲基庚二酮和二甲基庚二酮稀土配合物的合成，结构及磁性。研究结果表明β-二酮稀土配合物结构相对简单，建立了反应物与产物β-二酮稀土配合物结构关系，掌握了影响β-二酮稀土配合物结构的主要因素。通过对所合成β-二酮稀土配合物的磁性研究，发现了40余种β-二酮稀土单分子磁体。进一步研究了它们的磁构关系，发现β-二酮稀土配合物的分子磁性主要起源于稀土离子的本征特性，其中镝是最重要的磁性元素。Dy（III）离子的潜在磁性通常可能被β-二酮配体激发，容易受辅配体影响。比如，β-二酮和辅配体通过配位场，空间位阻，对称性等影响稀土离子的配位对称性，能级和磁各向异性等，从而对β-二酮稀土配合物分子磁性起主导作用。. 该项目的完成，对类β-二酮单核稀土配合物的结构和磁性进行了系统研究,初步掌握了影响β-二酮单核稀土结构的诸多因素。初步揭示了β-二酮单核稀土的磁构关系。为进一步揭示单分子磁体的磁构关系打下了良好的基础。β-二酮单核稀土单分子磁体的发现，在分子磁功能材料领域具有潜在应用价值。.