晶体-塑晶相驱动的spin-Peierls-tye低维分子磁体的磁性质研究

In this project, the ionic plastic crystal organic cation with long alkyl and alkoxy chains were synthesized and characterized, and were brought in the magnetic [M(dithiolato)2]- (M = Ni, Pd or Pt ion) spin system for the building spin-Peierls-type compounds. The crystal structure, elecochemical properties (temperature dependences of conductivity ), magnetic properties (temperature dependences of magnetic susceptibility and EPR ) and thermodynamic behavior (DSC) of the target compounds will be investigated to establish structure-properties correction, the intrinsic dring force of the spin-Peierls-type transition of the target compounds will be further investigated. We will further select some compounds with the spin-Peierls-type transition temperature at around room temperature as the research system, of these compounds, the magnetic and electrical properties under high pressure will be explored. The magnetic exchange model of intermolecular between the [M(mnt)2]- will be established based on crystal structure. Exploring the correlation between the packing structure, the magnetic properties, as well as other fuctional properties in theory. Our results will shed a light on the design and synthesis of a new functional molecular system.

本项目研究内容包括：设计合成不同烷基链长和拓扑结构的离子塑晶化合物，制备塑晶类有机阳离子与双-(二硫烯)Ni、Pd或Pt的负一价阴离子形成的离子对化合物。对合成的目标化合物，在完成化学分析和各种波谱表征的基础上，研究其晶体结构、电学性质（变温电导率）、磁学性质（变温磁化率和EPR谱学性质）和热力学行为（DSC等）。研究目标化合物的分子结构、晶体堆积结构、自旋转换性质、热力学性质等结构和功能之间的关系，探讨spin-Peierls-type 磁相变的内在驱动力。优化出spin-Peierls-type 转变温度在室温附近的目标化合物，进一步开展材料的高压下磁电性质研究。基于单晶结构信息，建立分子间磁交换模型，分析材料的能带结构，从理论上探索结构与磁、电等功能性质之间的相关性。本项目研究结果将对新的分子材料设计和功能性开发等方面具有重要的科学价值。

集成多种功能性质于单一分子体系的多功能分子基材料具有广阔的应用前景，这类材料可能会具有新的物理现象与应用。在本项目中，我们设计并合成了含有不同烷基链长的甲基咪唑类有机阳离子，该类阳离子常被用于构筑离子塑晶化合物。将甲基咪唑衍生物与平面型非磁性的[Ni(mnt)2]-组装制备了4种多功能分子磁体。研究4种化合物的晶体结构、自旋转换性质、热力学性质、介电性质等结构和功能之间的关系。部分化合物呈现了非常罕见的磁、介电和导电三种性质双稳现象。我们发现非磁性平衡阳离子分子构象的微小变化能够强烈影响[Ni(mnt)2]-阴离子的排列方式，从而显著影响其磁性质。堆积结构的微小差别，导致化合物1-4 具有不同的磁性质。我们将结构柔性、可调的有机阳离子与无机PbI2组分共组装，通过调变其有机组分的电子结构，从而可调变杂化晶体的堆积结构以及该类杂化晶体的光物理性质和介电性质。温度升高，有机阳离子容易发生有序-无序转变，从而导致这一系列化合物出现了一步或多步介电响应。此外，杂化材料的有机和无机组分光物理性质对温度存在不同的依赖性，杂化材料j具有热致变色性质。我们详细探讨了杂化晶体的结构与介电性质间的关联性，阳离子构象与杂化晶体堆积结构以及光物理性质间的关联性。在金属-有机框架材料（MOF）介电性质研究方面，我们发现了非极性的DABCO分子在无机孔道内的旋转运动以及与无机骨架间的质子转移诱导该化合物呈现多步介电弛豫；偶极的DMF和H2O分子在弱的电场扰动下也会呈现明显的介电弛豫现象。本项目研究将为荧光、介电、磁多功能分子材料的设计和功能性开发提供重要的科学依据。