磁回響型分子基晶態材料定向構築及功能調控

《磁回響型分子基晶態材料定向構築及功能調控》是依託中山大學，由童明良擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：磁回響型分子基晶態材料定向構築及功能調控
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：童明良
• 依託單位：中山大學

中文摘要

在變化的物理、化學條件下，如熱/光刺激、電/磁場誘導以及pH值、功能小分子變換等，某些特定分子基磁性晶態材料有顯著的磁行為調控與回響效應，即智慧型行為。它們在信息存儲、感測器、分子開關等領域有著潛在的重要套用價值，是化學、物理、材料學科交叉研究前沿陣地之一。本項目以定向設計磁回響的智慧型型晶態材料為導向，在良好的前期基礎上，主要構築三類磁回響型化合物：（1）自旋轉換功能多孔體系；（2）基於低維磁體基元（如單分子磁體、單鏈磁體、二維Kagomé、Star、honeycomb等幾何阻挫格子）的孔/磁配位聚合物；（3）三維多孔磁體。以現代表征技術，跟蹤上述目標物磁行為面對外界多種刺激誘導下的回響行為和反應機制，尋找新型多功能智慧型分子磁體。探索目標物不同性質間相互影響下的協同效應所導致的新穎物理現象和潛在的新穎用途，總結其自旋、軌道、電荷和晶格等多層次相互作用特點和規律，初步闡明複合調控智慧型行為的核心特徵。

結題摘要

本項目緊密圍繞“磁回響型分子基晶態材料定向構築及功能調控”這一目標，成功探索出系列結構新奇高性能單分子磁體的組裝方法；設計並製備出迄今最顯著磁熱效應的超低溫磁製冷材料；獲得具有創記錄轉換溫度和首例化學活性客體刺激回響的自旋轉換晶態材料。重要進展小結如下： 1 緊密圍單分子磁體的分子設計與磁-構關係研究，發現多種結構新奇和性能卓越的單分子磁體；組裝出首例D5h對稱性的Zn2Dy單離子磁體，其自旋翻轉能壘和TB溫度分別達到439K和11K，從實驗上率先證實了D5h對稱性可有效抑制量子隧穿的理論預測；製備出Fe2Dy和Co2Dy單分子磁體，其自旋翻轉能壘分別達到459K和600K，將d-f單分子磁體的能壘紀錄提高了3倍；通過最佳化D5h對稱性單離子磁體的軸向及五角平面的配位場，創造了能壘超過1000K以及TB溫度達20K的新紀錄；構築了目前最大的手性鈷基簇合物單分子磁體。 2 提出“橋連間隔d-f金屬”等組裝新方法，獲得氟化釓、羥基乙酸錳和三維錳-釓MOF等迄今磁熱效應最顯著的三種磁熵材料。 3 設計組裝了系列具有自旋轉換行為的鐵(II)配位聚合物，獲得具有創記錄轉換溫度（T1/2 = 520 K）的自旋轉換材料和首例化學活性客體刺激回響的自旋轉換晶態材料；利用主體框架與客體間的超分子協同，獲得了80K以上熱滯寬度的自旋交叉材料。實現了自旋交叉性質與導電性之間的共存與協同。 4 定向構築了高穩定、高孔洞率的Rod-and-Space型納米孔磁體。通過晶態轉換方式系統研究了多種溶劑對傾斜反鐵磁體自旋行為的回響，觀察到四種磁行為的逐步轉變。 基於上述研究結果，共發表學術論文66篇，包括J. Am. Chem. Soc. (3篇), Angew. Chem. (3篇), Chem. Sci. (2篇), Coord. Chem. Rev. (1篇), Chem. Commun. (10篇), Chem. Eur. J. (10篇), Sci. Rep. (2篇), Inorg. Chem. (15篇)，入選ESI高被引論文4篇。在國際學術會議做主題報告和邀請報告13次。授權國家發明專利3件。1人入選教育部長江學者特聘教授，1人獲國家傑出青年科學基金資助。 本項目高質量地實現了原計畫的科學研究目標。