一维[Ni(mnt)2]-基spin-Peierls-type分子磁体磁和相变性质调控

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近年来,各种高新技术的快速发展为新材料的发展带来了巨大的机遇和挑战。自旋转换分子磁体在高密度信息存储以及磁开关等高新技术领域具有潜在的应用价值。化学、物理以及材料领域的科学家都高度关注这类化合物的设计、定向制备、结构-功能相关性以及功能性质优化等方面的研究。  过渡金属双-(马来二腈基二硫烯)配合物阴离子([M(mnt)2]-,M=Ni,Pd, Pt)具有平面型分子结构和高度离域电子结构。因负电荷离域分布在[M(mnt)2]-阴离子整个分子骨架上,所以相邻[M(mnt)2]-阴离子之间的静电排斥力较小,阴离子间容易形成柱状堆积,电子可在堆积柱内传导;此外,[M(dithiolato)2]n-中未成对电子的自旋密度分布在整个阴离子骨架上,相邻配位阴离子可以通过π轨道重叠,或自旋极化实现彼此之间磁交换。因此,平面结构过渡金属双-(马来二腈基二硫烯)配合物阴离子([M(mnt)2]-,M=Ni,Pd,Pt)被广泛用于构筑分子磁、导体材料。  在前期研究工作中,我们课题组设计了Λ-形分子结构的苄基吡啶衍生物作为过渡金属二硫烯配合物阴离子的平衡离子,定向合成了一系列一维[M(mnt)2]-(M=Ni or Pt)spin-Peierls-type化合物。通过化学或物理方法,实现了spin-Peierls-type化合物磁相变临界温度(TC)的调控:(1)在苄基吡啶衍生物阳离子和[Ni(mnt)2]-构成的一维spin-Peierls-type自旋体系中,通过系统改变阳离子芳环上取代基的立体性质,调变一维spin-Peierls-type化合物晶体结构中‘化学压力’,将该系列化合物spin-Peierls-type磁相变的临界温度TC从~90 K提高到~220 K。(2)随外部静压增大,一维苄基吡啶[Ni(mnt)2]-基spin-Peierls-type化合物的TC迅速升高。当外压在Kbar范围变化时,TC与外压之间存在线性关系。(3)用抗磁性、且与磁性[Ni(mnt)2]-分子结构相似的[Au(mnt)2]-和[Cu(mnt)2]-置换一维spin-Peierls-type化合物中[Ni(mnt)2]-离子,分别制备了两个系列(金或铜)分子合金,调控了TC和spin-Peierls-type相变性质。  在本博士学位论文工作中,用同位素取代、和形成分子合金方法,我们制备了一系列spin-Peierls-type化合物,研究了其磁和相变性质。  第一章,我们介绍了超分子、晶体工程和分子基磁性材料的基本概念、发展历程以及当前研究热点。对过渡金属二硫烯配合物在光、电和磁研究领域的进展作了系统评述。最后,阐述了本学位论文的选题思路。  第二章,我们制备了七个氘代化合物[4-R-Bz-Py-d5][Ni(mnt)2](其中R=F(1),Cl(2),Br(3),I(4),CH3(5),NO2(6),CN(7)),对化合物1-7进行了红外光谱、元素分析和粉末X-射线衍射等化学和物理表征。通过对化合物1-7的晶体结构以及磁性质研究分析,并与同构化合物[4-R-Bz-Py][Ni(mnt)2](R=F(1a),Cl(2a),Br(3a),I(4a),CH3(5a),NO2(6a),CN(7a))比较,我们发现,同位素取代强烈影响化合物的磁和相变性质。吡啶被氘代吡啶取代导致化合物1-6的spin-Peierls-type转换温度(TC)升高,化合物7的磁相变消失。  第三章,以两个同构化合物[4-Cl-Bz-Py][Ni(mnt)2]和[4-Cl-Bz-Py][Pt(mnt)2]为前体化合物,设计并制备了九个分子合金[4-Cl-Bz-Py][NixPt1-x(mnt)2],并对其进行了红外光谱、元素分析和粉末X射线衍射表征。通过化合物的晶体结构以及磁性质分析,我们发现合金的spin-Peierls-type转换温度随着Ni原子比例的增大而逐渐降低。因此,可以通过改变合金中金属比例来调控spin-Peierls-type转换温度。
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