《新型雙核三明治型POM體系的功能性質的理論研究》是依託西北大學，由尹兵擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型雙核三明治型POM體系的功能性質的理論研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：尹兵
- 依託單位：西北大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
多金屬氧酸鹽(POM)有望成為一類新型具有多種特性的分子基功能材料，是當前化學與材料科學交叉領域中的一個研究熱點。相較於實驗工作，對POM的理論研究，尤其是對其功能性質的準確預測和內在機理的分析解釋還十分有限。本項目擬採用密度泛函結合破損態方法對一類新近合成，且實驗證實具有顯著磁性的雙核三明治型POM進行系統的理論研究，主要內容包括：（1）建立在考慮外場效應條件下準確計算交換耦合常數及氧化還原電位的有效方法。（2）採用基於活化電子近似的各種軌道模型和考慮軌道弛豫效應的自旋密度分析方法研究此類POM體系磁耦合的內在機理。（3）基於對已有體系的理論計算，提出新的POM並預測其功能性質，探索理論設計新型功能材料的前景。通過本項目的實施將揭示此類新型POM體系獨特功能性質的理論基礎，明確影響和控制其性質的各種因素，最終實現對這類物質功能特質的預測和調控，理論設計新材料，為實驗研究提供有效的指導。
結題摘要
在國家自然科學基金項目(項目號：21103137)的支持下，我們小組主要圍繞過渡金屬磁中心之間的交換耦合作用的理論研究展開，具體研究了兩種不同的體系：多金屬氧酸鹽和超鹵化物。 多金屬氧酸鹽(POM)有望成為一類新型的分子基功能材料，對其磁性質的研究具有很高的研究意義。本項目對雙核三明治型多金屬氧酸鹽的過渡金屬磁中心之間的 交換耦合作用進行了系統的理論研究。對三個不同的結構，採用密度泛函結合破損態方法對其進行了細緻的理論計算，探討了不同泛函的適用性。通過基於完全晶體結 構的計算和選取模型結構的計算之間的對比，明確了這一類體系的磁耦合特性主要由中心部分決定，外圍的組成部分的作用主要是實現特定的幾何結構。這一結論為設 計新型磁性POM提供了理論指導。 超鹵化物在提高聚合物導電性，新材料合成等方面有巨大的套用前景。相較於單核結構，多核超鹵化物的性質更加突出，而以過渡金屬為中心的多核結構則有望在 磁性材料方面取得新進展，是一個全新的研究方向。通過量子化學計算我們設計了一系列以過渡金屬為中心的新型多核超鹵化物並研究其磁耦合特性。對雙核超鹵化物 的研究表明這類體系可以實現高穩定性和強磁耦合的共存，而且異雙核超鹵化物的磁耦合強於同雙核結構。在三核超鹵化物的研究中，我們發現了過渡金屬中心之間是 反鐵磁耦合併且在某些結構中表現出自旋阻挫(spin frustration)這一新奇的磁現象，有望成為理想的新型磁性功能材料的構造基元。我們還通過理論計算指出了非鹵原子配體也可以用來構造超鹵化物並且其性質不弱於傳統的基於鹵素的結構。這一結論為超鹵化物的設計提供了新的研究方向。 除了純理論工作以，我們還與其它小組在配合物磁性的微觀機制、螢光探針的選擇性識別與光物理特性以及催化反應機理等方面展開合作並取得了一系列成果。 截止到目前為止，在國家自然科學基金項目(項目號：21103137)的資助下，本小組已獨立發表SCI論文4篇，合作發表SCI論文7篇，並有多篇論文處於撰寫或投稿階段。
