基于羧酸配体的高核稀土-铬金属簇合物的合成、结构与磁性研究

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稀土-过渡金属配合物虽然已不再是一个新兴学科,但研究者们对高核稀土-过渡金属簇合物的研究热情依旧不减。从最初报道出具有漂亮接近完美结构的高核稀土-过渡金属簇合物(如开普勒构型的Ln20Ni30,俄罗斯套娃构型的Ln54Ni54和Ln60Ni76),到后期对其在光、电、磁、催化等领域性质的探索及推广,以及最近在组装机理方面的研究报道,足以说明高核稀土-过渡金属簇合物仍是一个有趣且值得探索的研究领域。与经常被报道的相对成熟的一些高核稀土-过渡金属体系相比,稀土-铬金属簇合物的研究相对较少,特别是十核以上的高核稀土-铬簇合物更是少之又少。由于Cr3+离子惰性的本质,其不易与稀土离子结合形成高核的稀土-铬金属簇合物,因此需要寻找一种合适的配体或者合成方法去构筑高核稀土-铬金属簇合物。本文中,我们选取不同类型的功能性羧酸配体,如简单羧酸类配体(2-氨基异丁酸,2-吡嗪甲酸)及多齿螯合羧酸类配体(1-乙酰基吡咯烷-2-羧酸、2,2-二羟甲基丙酸、2,2-硫代二乙酸),采用配体控制水解法和阴离子模板法合成了系列稀土-过渡金属簇合物,并研究了化合物独特的结构和磁学性质。具体内容如下:1.基于氨基酸及其衍生物类配体的稀土-铬金属簇合物的合成、结构与磁性研究。1)利用2-氨基异丁酸作为简单的氨基酸配体,采用配体控制水解法得到了两个以三角双锥构型的稀土-铬金属簇合物Ln3Cr2(Ln=Y/Gd)。2)利用氨基酸衍生物2-吡嗪甲酸作为配体,采用配体控制水解法,得到了两个主要以双三角双锥为单元构筑的稀土-铬金属簇合物Ln7Cr3(Ln=Gd/Dy)。磁性研究表明,化合物Gd7Cr3呈现较大的磁热效应,Dy7Cr3具有缓慢磁弛豫现象。2.基于多齿羧酸类配体的稀土-铬金属簇合物的合成、结构与磁性研究。1)我们选择1-乙酰基吡咯烷-2-羧酸作为氨基酸衍生物配体时,得到两个立方烷通过面共享构成的稀土-铬金属簇合物Ln4Cr2(Ln=Gd/Dy)。磁性研究表明化合物Gd4Cr2和Dy4Cr2均表现出弱的反铁磁相互作用。2)以多齿螯合羧酸2,2-硫代二乙酸作为配体时,通过高温高压水热反应,我们得到了两个以稀土-铬金属簇合物[Ln4Cr4]为节点的二维层状金属框架2D-Ln4Cr4(Ln=Gd/Dy)。磁性研究表明化合物2D-Gd4Cr2在低温下具有可观的磁热效应,2D-Dy4Cr4具有显著的单分子磁体行为。3)我们选用小空间位阻、多齿配位点的2,2-二羟甲基丙酸作为配体,采用配体控制水解法得到了两个稀土-铬金属簇合物Ln5Cr2(Ln=Gd/Dy),当引入Cl-和Cl O4-作为混合阴离子模板剂时,则得到了两个轮状的高核稀土-铬金属簇合物Ln8Cr4(Ln=Gd/Dy)。磁性计算表明,化合物Gd5Cr2中Gd···Cr存在弱的铁磁相互作用,Gd···Gd存在弱的反铁磁相互作用;化合物Gd8Cr4中Gd···Cr和Gd···Gd均存在反铁磁相互作用。磁热效应研究表明,低温高场下化合物Gd5Cr2和Gd8Cr4均具有较高的磁熵变值,其是一种潜在的低温磁制冷材料。
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