金属串配合物[Ni3(L)4(NCS)2](L = dpa-, mpta-, mdpa-, mppa-)结构和磁性的理论研究

应用密度泛函理论BP86方法结合自然键轨道分析方法对具有分子导线潜在应用前景的金属串配合物[Ni₃(L)₄(NCS)₂](L = dpa^- (1), mpta^- (2), mdpa^- (3), mppa^- (4))进行研究,分析了桥联配体L对Ni―Ni相互作用和磁耦合性质的影响.结果得到: (1)配合物的基态均是对应于五重态(HS)的反铁磁(AF)单重态, HS的能量和结构与AF态相近, Ni₃⁶⁺链形成了三中心四电子σ键(σ₂σ_nb¹σ^*1). (2) dpa^-引入甲基成为mdpa^-,对Ni―Ni、Ni―N距离影响不大; 3H-吡咯环和噻唑环取代吡啶环后, N1―N2、Ni―Ni距离增大, Ni2―N2键长缩短,但噻唑环的影响较小;故Ni―Ni相互作用强度为1 ≈ 3 > 2 > 4. (3)预测了3和4的J_ab值为-103和-88 cm^-1,随Ni―Ni相互作用增强磁耦合效应增大. Ni―Ni相互作用越大,通过Ni₃⁶⁺链σ型轨道的直接磁耦合越强; Ni2―N2键越强,通过涉及桥联配体的间接磁耦合越强,直接磁耦合比间接磁耦合更强.     

[Cu2Pt(npa)4X2](X=Cl-,NCS-)金属串配合物电子传输性质的研究

使用密度泛函理论(BP86)结合非平衡态格林函数(NEGF)方法研究金属串配合物[Cu₂Pt(npa)₄X₂] (X=Cl^-(1), NCS^-(2); npa=2-naphthyridylphenylamine)的电子结构和电子传输性质, 研究发现: (1)由于轴向配体NCS^-与Cu的结合比Cl^-的强, 使配合物1的Cu-Cu键比2的强而Cu-Pt键比2的弱, 故1的π^*_{Pt dxz/yz}轨道与π^*_Cu-Cu能级差ΔE比2小. (2) 1和2的传输通道均是β自旋的π^*轨道, 主要由π^*_Cu-Cu 和π^*_{Pt dxz/yz}轨道组合而成. ΔE越小π^*越离域, 传输能力越强. 在负偏压下和正偏压小于0.15 V时, 1的电流大于2; 但正偏压大于0.15 V后2的β电流显著高于1. (3) 2具有较好的整流效应. ΔE越大, Pt→Cu方向的传输越容易, 整流效应越强. 正偏压下2的电流显著大于负偏压下的电流, 0.15 V后2的整流比比1高10～40倍. (4)因ΔE_β< ΔE_α, α自旋通道传输能力小于β自旋的, 1和2具有良好的自旋过滤效应(高达80%～99%).     

金属串配合物(n,m)[Cr3(PhPyF)4Cl2](n=2, 3, 4; m=2, 1, 0)的配位结构及其与电场的关系

应用密度泛函理论BP86 方法研究具有分子导线潜在应用的金属串配合物(n, m)[Cr₃(PhPyF)₄Cl₂](HPhPyF=N, N'-苯基吡啶基甲脒; n=2, 3, 4; m=2, 1, 0)的配位结构及其受电场作用的影响, n、m分别表示PhPyF-的苯环在左侧和在右侧的配体个数. 结果表明: (1) 零电场下, 四个PhPyF-的(2, 2)、(3, 1)和(4, 0)三种配位方式能量差别很小, 为竞争态, (2, 2)最稳定. (4, 0)结构中两端轴向配体Cl 均可与Cr 配位, 且Cl₄―Cr1 键比Cl5―Cr3键更强, 若作为分子器件可与电极结合, 这与(4, 0)[CuCuM(npa)₄Cl][PF₆](M=Pd, Pt; Hnpa=2-萘啶苯胺)靠近苯环一端的轴向配体无法与M配位不同. (2) 在(2, 2)、(3, 1)和(4, 0)中, Cr₃⁶⁺链均具有三中心三电子离域σ键, 但离域性逐渐减弱. 随四个PhPyF-配位方式趋于一致, 分子极性逐渐增大, 由Cl₄指向Cl5(Z)方向, Cr1的α自旋密度增大, Cr2 的β和Cr3 的α自旋密度减小. (3) 分子的几何结构和电子结构在电场下发生规律性变化, 在-Z方向电场作用下, (3, 1)、(4, 0)电子移动方向与极性方向相同, 使分子的键长、自旋密度、电荷和能隙变化显著性均大于Z方向电场, 且极性越大变化越显著, 有利于提高分子导电性.