吡唑/草酸根混合配位的非对称双核铜配合物磁性的理论研究

基于密度泛函理论结合对称性破损态方法,选择不同的泛函方法和基组研究吡唑/草酸根混合配位的非对称双核铜配合物的磁学性质。结果表明,在B3LYP/def2-TZVP水平计算的磁耦合常数为-127.24cm~(-1),与实验值-129cm~(-1)基本吻合,可准确描述吡唑/草酸根混合配位的非对称双核铜配合物的磁学性质。磁轨道和自旋布居分析表明,顺磁中心Cu(Ⅱ)与桥联配体草酸根离子间存在较强的轨道相互作用,其磁轨道主要由顺磁中心Cu(Ⅱ)的3d_x2_(-y)2轨道、桥联配体草酸根离子的π键组成,顺磁中心Cu(Ⅱ)主要是自旋离域机理。配合物磁性与结构关系的研究表明,随着结构参数τ的增加,顺磁中心HS态和BS态自旋密度的平方差和自然磁轨道间重叠积分的平方随之增大,反铁磁性相互作用的贡献增大,配合物磁耦合常数J值减小。     

磁性双核Ni(Ⅱ)配合物的BS-DFT理论研究

基于对称性破损态方法结合密度泛函理论,运用不同方法和基组,对典型的μ1,1-N3铁磁性双核Ni(Ⅱ)配合物[L1 Ni_2(N_3)](NO_3)2(1)和μ1,3-N3反铁磁性双核Ni(Ⅱ)配合物[L_2Ni_2(N_3)](ClO_4)_2(2)的磁性进行了研究.结果表明,杂化密度泛函方法能够准确描述2个配合物的磁特性,计算结果与实验值吻合很好.配合物1中单占据分子轨道(SOMOs)能量劈裂较小,表现为近简并,有利于铁磁耦合相互作用;配合物2中SOMOs能量劈裂较大,导致反铁磁性相互作用.配合物1中存在2条磁通道,其中pyrazolate配体的N原子间存在p轨道重叠,有利于反铁磁相互作用,叠氮基和金属Ni中心之间为正交磁轨道,有利于铁磁相互作用,2个磁通道作用的总结果使得体系宏观上显示为弱铁磁性;配合物2中,2条磁通道的配体pyrazolate和叠氮基中的N原子之间都存在p轨道重叠,导致反铁磁耦合.     

氧桥联GdNi双核配合物磁性与结构关系理论研究

基于密度泛函理论结合对称性破损态方法(DFT-BS),相对论效应选择DKH2,运用不同的密度泛函和基组对GdNi双核配合物[Ni(3-MeOsaltn)(MeOH)(ac)Gd(hfac)_2]的磁性质进行研究。结果显示,B3LYP泛函计算的结果与实验数据非常吻合,能够准确描述Gd Ni双核配合物的磁性质。磁轨道和自旋布居分析表明,顺磁中心Gd~Ⅲ主要是自旋极化作用,顺磁中心Ni~Ⅱ主要是自旋离域作用。顺磁中心Gd~Ⅲ、Ni~Ⅱ与桥联氧原子之间存在较强的轨道相互作用。磁轨道主要由顺磁中心Ni~Ⅱ的3dz2和3dx2-y2轨道、酚氧桥联配体中氧原子的2pz轨道、醋酸桥中氧原子的2pz轨道和顺磁中心Gd~Ⅲ的4fxyz、4fz2x轨道组成。随着Gd-O-Ni键角的增大,顺磁中心HS态和BS态自旋密度的平方差随之减小,反铁磁性相互作用的贡献减小,配合物磁耦合常数增大。     

甲酸根桥联双核铜配合物磁学性质理论研究

基于DFT-BS方法,选择不同的泛函方法和基组,研究anti,anti甲酸桥联双核铜配合物的磁学性质.结果表明,在B3P86/TZV水平计算得到顺磁中心Cu(Ⅱ)离子间磁耦合常数为-55.63 cm^-1,与实验值-55.60 cm^-1最接近,可准确描述甲酸桥联双核铜配合物的磁学性质.顺磁中心Cu(Ⅱ)与甲酸根桥联配体间有较强的轨道作用,其磁轨道主要来源于Cu(Ⅱ)离子的3dyz轨道、桥联配体甲酸根离子的离域π键,顺磁中心Cu(Ⅱ)离子为自旋离域机理.在不同桥联模式的甲酸桥联双核铜配合物中,随顺磁中心Cu(1)自旋密度增加,Cu(Ⅱ)离子间的反铁磁性贡献逐渐增加,其磁耦合常数J值逐渐减小.     

同结构GdIIIMII(M=Cu，Ni，Co，Fe，Mn)配合物磁性理论研究

基于DFT-BS方法,在不同泛函方法和基组下计算[CuIIGdIII{pyCO(OEt)py C(OH)(OEt)py}3]2+及3d-Gd异金属配合物的磁耦合常数,结果表明,PBE0/TZVP(Gd为SARC-DKH-TZVP)水平可用于描述其磁学性质。顺磁中心CuII、GdIII与桥联配位氧原子间存在较强的轨道相互作用,其磁轨道主要由GdIII的4fz3、4fz(x2-y2)轨道、CuII的3dx2-y2轨道和桥联配位原子O的p轨道组成。顺磁中心CuII离子以自旋离域作用为主,GdIII离子以自旋极化作用为主,顺磁中心CuII自旋离域作用对桥联氧原子的影响大于顺磁中心GdIII的自旋极化作用。在同结构3d-Gd配合物中,随着MII离子未成对电子的增加,顺磁中心间自旋密度平方差越大,顺磁中心MII和GdIII之间的反铁磁性贡献越大,其磁耦合常数越小。     

氧桥联稀土钆双核配合物磁学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论结合对称性破损态方法,选用氧桥联稀土钆双核配合物为研究对象,通过与实验值比较,探讨了不同泛函与基组对计算磁耦合常数的影响.结果表明,在B3LYP/TZV水平下(Gd为SARC-TZV),相对论效应采用DHK2方法,计算结果与实验测量值-0.022 5cm~(-1)最接近.不同体系测试结果显示,可在该水平下预测新合成稀土钆双核配合物的磁学性质.Mulliken自旋密度分析可知磁中心Gd以自旋极化为主.键级分析表明,2个磁中心之间的磁耦合作用通过桥联氧原子的超交换作用实现.分子磁轨道分析显示2个磁中心间存在较强的轨道相互作用,其磁轨道主要是由钆原子的4f_z~3,4f_z~2_x轨道和桥联氧原子的2pz轨道组成.     

酚氧/苯甲酸共配Fe~ⅢNi~Ⅱ双核配合物磁学性质理论研究

基于DFT-BS方法,在不同泛函和基组下研究酚氧/苯甲酸共配Fe~ⅢNi~Ⅱ双核配合物[Fe~Ⅲ(OBz)(L_1)Ni~Ⅱ(H_2O)(μ-OBz)]~+的磁学性质.结果表明,在B3LYP*/def2-TZVP水平下计算的磁耦合常数为0.45 cm~(-1),与实验值0.50 cm~(-1)最吻合,可准确描述其磁学性质.自旋布居分析和分子磁轨道分析显示,顺磁中心Fe~Ⅲ和Ni~Ⅱ主要为自旋离域机理.顺磁中心Fe~Ⅲ,Ni~Ⅱ与桥联配体间存在强的轨道相互作用,其磁轨道贡献主要来自顺磁中心Fe~Ⅲ的3d_(x~2-y~2)轨道/3d_(z~2)轨道/3d_(yz)轨道、Ni~Ⅱ的3d_(x~2-y~2)轨道/3d_(z~2)轨道、苯甲酸的π轨道和酚氧桥联配体O原子的p轨道.磁构关系研究表明,随Fe—O—Ni键角θ的增大,顺磁中心Fe~Ⅲ和Ni~Ⅱ自旋密度减小,其顺磁中心间的磁耦合常数减小,当Fe—O—Ni键角θ95.69°时,顺磁中心间的磁相互作用由铁磁性相互作用向反铁磁性相互作用转变.     

叠氮桥对双核镍配合物磁性影响的密度泛函理论研究

结合对称性破损(BS)方法, 采用不同的密度泛函理论(DFT)对反铁磁性μ-1,3-N₃-Ni(II)叠氮配合物[LNi₂(N₃)](ClO₄)₂ (L=pyrazolate)的磁特性进行了研究. 结果显示, 杂化密度泛函理论(HDFT)的计算结果与实验数据非常吻合, 能够准确描述配合物的磁特性. 磁轨道研究结果表明, 配合物表现出较大的单占据轨道能量劈裂(0.93-0.99 eV), 显示配合物的单占据轨道去简并化程度较大, 且配合物中的2 个磁通道(叠氮基、配体pyrazolate)中都分别存在有氮原子之间的p轨道重叠, 这些都使得体系表现为反铁磁耦合作用. 另外, 配合物的磁性与叠氮桥和两金属离子间形成的二面角(τ, Ni-N-N-N-Ni)密切相关, τ从-55.38°逐渐变化到-1.5°的过程中, 其反铁磁性逐渐增强, 交换耦合常数(J_ab)的绝对值逐渐增大, 并在-11.95°处达到最大值(J_ab=-151.02 cm^-1).在此过程中, 配合物中叠氮桥及其所连接的2个Ni 离子与pyrazolate 基配体L^-中的2个桥原子N(4)、N(5)形成的七元环共平面性不断增强, 即共平面性会诱导增强体系的反铁磁相互作用.     

叠氮/吡啶苯甲酸氮氧化物共配叠氮铜配合物磁学性质理论研究

基于DFT-BS方法,采用不同泛函和基组研究了叠氮/吡啶苯甲酸氮氧化物共配叠氮铜配合物[Cu（4,3-opybz）(μ-N₃)]_n的磁学性质.结果表明,在B3P86/TZVP水平下计算的磁耦合常数(48.20 cm^-1)与实验值(49.70 cm^-1)最吻合,可准确描述其磁学性质.磁轨道分析表明,Cu（Ⅱ）离子的未成对电子主要集中在3d_x²-y²轨道上.顺磁中心与桥联配体间存在强轨道相互作用,其磁轨道主要来源于顺磁中心Cu（1）和Cu（2）的3d_x²-y²轨道、吡啶苯甲酸氮氧化物桥联配体羧酸根离子的离域π键和叠氮配体的p轨道.顺磁中心Cu（Ⅱ）主要是自旋离域机理,顺磁中心的自旋离域作用使得与其配位的原子获得了少量的自旋电子.     

同结构Gd~ⅢM~Ⅱ(M=Cu,Ni,Co,Fe,Mn)配合物磁性理论研究

基于DFT-BS方法,在不同泛函方法和基组下计算[Cu~ⅡGd~Ⅲ{PyCO(OEt) Py C(OH)(OEt)Py}_3]~(2+)及3d-Gd异金属双核配合物的磁耦合常数,结果表明,PBE0/TZVP(Gd为SARC-ZDRA-TZVP)水平可用于描述其磁学性质。顺磁中心Cu~Ⅱ、Gd~Ⅲ与桥联配位氧原子间存在较强的轨道相互作用,其磁轨道主要由Gd~Ⅲ的4fI_(z~3)、4f_(z(x~2-y~2))轨道、Cu~Ⅰ的3d_(x~2-y~2)轨道和桥联配位原子O的p轨道组成。顺磁中心Cu~Ⅱ离子以自旋离域作用为主,Gd~Ⅲ离子以自旋极化作用为主,顺磁中心Cu~Ⅱ自旋离域作用对桥联氧原子的影响大于顺磁中心Gd~Ⅲ的自旋极化作用。在同结构3d-Gd配合物中,随着M~Ⅱ离子未成对电子的增加,顺磁中心间ρ~2_(HS)-ρ~2_(BS)越大,顺磁中心M~Ⅱ和Gd~Ⅲ之间的反铁磁性贡献越大,其磁耦合常数越小。     

氰酸根桥联双核铜配合物磁构效关系的密度泛函研究

在密度泛函理论的框架下,采用对称性破损态方法,以{Cu2(C2H4N2)2(N, N-μ-NCO)2}2+为模型化合物,研究氰酸根EO方式桥联双核铜配合物的磁构效关系,进一步证实了通过CuNCu间的三中心d-p-dσ反键的超交换作用与磁偶合构效关系的本质联系. 计算了氰酸根桥联配合物磁交换偶合常数J与桥联角θ的关系,并与叠氮酸桥联配合物进行了比较.     

草酸根桥联双核铜(Ⅱ)体系的磁耦合机理

应用密度泛函理论,采用对称性破损方法分析了草酸根桥联双核铜(Ⅱ)体系的磁耦合机理。在该双核体系中,两铜(Ⅱ)原子的自旋布居大小相等,符号相反,磁中心间的作用为反铁磁耦合。草酸根桥配体向磁中心的电子转移使得铜(Ⅱ)原子的自旋显著离域,这种离域有利于反铁磁耦合,草酸根桥配体中的碳原子上出现自旋极化。当铜(Ⅱ)原子的配位环境由平面四方形向四面体或四方锥变化时,反铁磁耦合的强度减弱。体系的沿前轨道主要由铜(Ⅱ)原子d轨道和配体原子p轨道构成,这种构成利于草酸根桥配体与磁中心之间的电子转移。     

溶剂对4-叠氮苯甲酸共配叠氮铜配合物磁学性质影响的理论研究

基于DFT-BS方法,在不同泛函方法和基组下研究μ-1,1叠氮、4-叠氮苯甲酸、溶剂共配的叠氮铜配合物[Cu2(4-aba)3(N3)3(CH3OH)3]2-的磁学性质。结果显示,在B2PLYP/TZVP水平下计算得到顺磁中心间的磁耦合常数为33.48 cm-1,与实验值33.80 cm-1最吻合,可准确描述其磁学性质。配合物[Cu2(4-aba)3(N3)3(CH3OH)3]2-的分子磁轨道主要贡献来自于顺磁中心Cu(1)、Cu(2)的3dx2-y2轨道、N3-离子的π型轨道、4-叠氮苯甲酸的π型轨道和溶剂甲醇氧原子的p轨道。在4-叠氮苯甲酸共配的叠氮铜配合物中引入共配溶剂水及醇类,随溶剂R基供电子效应的增加,反铁磁性部分对磁耦合常数的贡献减小,其磁耦合常数J值随之增大。     

叠氮酸桥联双核铜配合物磁偶合的密度泛函研究

在密度泛函理论的框架下,采用对称性破损态方法,对EE,EO两种连接方式叠氮酸桥联双核铜模型配合物进行计算,结果表明,EE方式连接为反铁磁偶合;EO方式则为铁磁偶合,但只发生在θ＝91°～107°区间,与实验值96°～104°基本一致,研究揭示了其磁偶合构效关系的本质在于SOMOb1g轨道中Nμ的Px轨道与Cu的dxy轨道间的d-p-d三中心σ反键作用,在θ＝91°～110°区间具有最大的反键重叠,因而铁磁偶合最大,同时发现J值随Cu与配位叠氮酸酸N原子间距离的增大而减小,但叠氮酸偏离平面的角度对J值影响不大。     

以吡唑羧酸类席夫碱为配体的铜配合物的磁性理论研究

采用密度泛函理论结合对称性破损态方法,以吡唑羧酸类席夫碱为配体的四核铜配合物[Cu_4(L)_4]·2NaClO_4·2MeOH(L=5-(1-((3-氨丙基)亚氨基)乙基)-4-甲基-1H-吡唑-3-羧酸)中邻近的双核铜为研究对象,用4种密度泛函方法(PBE0,B3LYP,B3PW91,B3P86)在3个基组(SDD,LANL2DZ,6-31G)水平下对配合物进行计算,计算所得结果都与实验值接近.其中在PBE0/LANL2DZ水平上,该配合物的计算结果与实验值符合程度最好.研究表明该配合物中金属离子之间弱的反铁磁作用是因为能量劈裂较小的单占据分子轨道SOMOs,自旋密度分析显示反铁磁性的铜配合物存在自旋离域效应.     

双臂套索冠醚双核铜(Ⅱ)配合物的磁性质研究

测定了双臂套索冠醚双核铜(Ⅰ)配合物[Cu₂L(OH)](ClO₄)₃Me₂CO(L=N,N'-二(8-喹啉甲基)-1,4,10,13-四氧-7,16-二氮环八环)的变温磁化率(4～300K),所加场强为5.O×10⁵A/m.拟合了变温磁化率数据,得到J=-279.cm^-1;加上分子场校正后,得J=-257.7cm^-1,Zj'=-30.1cm^-1.拟合结果表明,分子间存在反铁磁性交换作用,而分子内的磁交换(J＜500cm^-1)还未大到使其反铁磁性交换作用变为抗磁性.用自旋倾斜体系解释了其反常的χm-H图.晶体结构和Cu²⁺3d轨道的分析表明,磁交换作用是通过OH桥进行的.比较了另外2个类似的双核铜(Ⅰ)大环OH桥联配合物,得出了J值和轨道重叠之间的关系.     

密度泛函理论在分子磁学中的应用2.混合桥联三核镍配合物自旋交换作用

用密度泛函理论结合对称性破损方法(DFF-BS)研究了混合桥联三核镍配合物的磁交换耦合作用．这类化合物是由三唑和异硫氰酸根桥联形成的混合桥配合物．计算表明,在标题化合物中,三唑桥传递反铁磁耦合作用,而异硫氰酸根桥传递铁磁耦合作用;并且,随着异硫氰酸根取代三唑桥的数目增加,配合物的铁磁作用增强,在一定意义上说明了混合桥磁耦合作用的加合性．Mulliken自旋布居分析表明,无论是三唑桥还是异硫氰酸根桥,它们的磁交换作用机理都是磁中心的自旋离域．分子磁轨道分析显示,对于三唑桥,在局域磁轨道之间存在着强的轨道作用,导致了反铁磁耦合;对于异硫氰酸根桥,局域磁轨道之间弱的相互作用,表现了铁磁耦合作用．对标题化合物的研究说明了DFF-BS方法可用于三核体系磁交换作用的研究．     

邻苯二甲酸单甲酯桥联双核铜(Ⅱ)配合物磁性的理论研究

采用对称性破损态方法结合密度泛函理论,选用典型的强反铁磁双核配合物作为研究对象,通过与实验数据相比较,探讨了不同密度泛函方法与基组对计算铜配合物[Cu2(mMP)4(H2O)2]·H2O交换耦合常数的准确度.结果表明,4种混合密度泛函DFT(B3LYP,B3P86,B3PW91和PBE0)的计算结果都能和实验所观察到的值-324cm-1符号一致,但B3PW91方法得到的结果和实验结果吻合程度最好,同时采用方法B3PW91方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组的依赖性较大.研究表明,2个Cu(Ⅱ)离子之间的反铁磁相互作用主要源于单占据分子轨道SOMOs大的能量劈裂和桥联配体O-C-O轨道的重叠.     

氢键桥联双核铜配合物磁耦合的密度泛函研究

在密度泛函理论的基础上,应用对称性破损方法研究了氢键桥联双核铜模型配合物的磁耦合行为以及磁耦合常数随O-O距离的变化趋势.计算结果表明,反铁磁耦合作用来源于Cu原子的d_x²-y²和氧原子的p_x或p_y磁轨道的部分重叠,而H原子不参与磁耦合作用.磁耦合常数J与O-O距离r之间存在指数关系,而不是线性关系.     

铜(Ⅱ)氮氧自由基配合物铁磁耦合机理的理论研究

用密度泛函理论结合对称性破损态方法对氮氧双自由基以及铜(Ⅱ)-氮氧自由基配合物的磁耦合常数进行了计算.结果表明铜(Ⅱ)-氮氧自由基配合物为铁磁耦合.对配合物磁轨道进行了分析,表明体系的铁磁耦合作用主要来自于Cu离子的轨道与自由基的π^*轨道正交.自旋密度分布分析显示:在氮氧自由基与金属铜两个自旋耦合片的自旋耦合主要来自于中心Cu离子的轨道电子向氮氧自由基上的π^*轨道的电子转移,这一电子特征的变化引起的自旋离域在Cu离子和氮氧自由基片的铁磁耦合中起到了重要的作用.