磁功能导向可控合成功能化氮氧自由基-3d-4f异自旋分子纳米磁体

Molecular nanomagnets, namely Single-molecule magnets (SMMs) and Single-chain magnets (SCMs), are becoming hot research topic in the field of chemistry, physics and material subjects in recently. Nowadays, how to design the molecular structures guided to the magnetic properties and obtain molecular magnetic materials with high anisotropy energy barrier（Ueff） and blocking temperature（TB）, is still a challenge for scientists. In this project, according to the molecular design and crystal engineering, we are researching the effective synthesis method about functional nitronyl nitroxide-3d-4f heterospin complexes. The correlation between different spin components, intra- and inter-molecular magnetic exchange coupling will be deeply studied. We will reveal the magneto-structural relationships and according to this, the correlation between substitution of the functional nitronyl nitroxide radical, metal ions and ligand field around lanthanide centers, intra-molecular magnetic exchange coupling, inter-molecular interactions and the magnetic properties of the molecular nanomagnets such as the anisotropy energy barrier and the blocking temperature will be investigated. The formation mechanism, regulation of design and synthesis and magneto-structural relationships of this kind of molecular nanomagnet will be explored. This project will be guided to the deep researching in molecular nanomagnet materials.

近年来，分子纳米磁体——单分子磁体(SMMs)和单链磁体(SCMs)成为化学、物理和材料等学科的一个热门交叉研究领域。如何以磁功能为导向可控组装合成具有特定分子结构的配合物，从而获得高各向异性能垒（Ueff）和高“阻塞”温度（blocking temperature, TB）的分子纳米磁体是极具挑战的科学难题。本项目通过分子设计与晶体工程技术，探索基于功能化氮氧自由基-3d-4f异自旋配合物的有效合成方法；重点研究不同自旋载体之间、分子内、分子间的磁耦合相互作用，揭示结构-磁性相关性；以磁-构关系为导向，系统研究功能化氮氧自由基配体大小和类型、不同金属离子及其配体场、分子内自旋载体间磁耦合品质与大小及分子间相互作用力与各向异性能垒、“阻塞”温度等重要磁学性能的关系。本项目将阐明基于氮氧自由基-3d-4f异自旋分子纳米磁体的形成机理、合成规律和磁构关系，指导新型分子基磁性材料的深入研究。

近年来，分子纳米磁体发展成为化学、物理和材料等学科的一个热门交叉研究领域，如何设计晶体结构以获得磁学性能优异的分子基磁性材料是该领域的重要课题。本项目围绕这一目标，进行功能化氮氧自由基及其相关自由基-金属配合物的结构设计及磁性研究。以对乙氧基苯基，对丙烯氧基苯基和对苄氧基苯取代的自由基为桥联配体，得到三个系列的2p-3d-4f一维链配合物。以功能化间位吡啶苄氧基苯基取代的自由基为配体，与过渡金属得到簇状结构；同时与过渡，稀土离子配位得到一维环链结构。以联苯取代的氮氧自由基为配体，与稀土离子配位得到2p-4f三自旋结构。以苯环取代的氮氧双自由基为配体，与稀土离子反应得到“zig-zag”一维链配合物。通过研究不同取代基大小的自由基配体与晶体结构及磁相互作用的关系，研究过渡金属、稀土金属与自由基之间的磁耦合相互作用，揭示结构-磁性相关性，筛选出具有优良磁学性能的分子纳米磁体。. 本项目的执行过程中所产生的结果，部分已经以论文形式发表，目前共发表SCI论文5篇，其中一篇为封面文章。培养研究生共8名，其中4名已毕业。