密度泛函研究双核Mn^Ⅱ取代的杂多酸[Mn2^Ⅱ（X^n＋Mo9O^33）2]2^（n-10）-（X=P^Ⅴ,As^Ⅴ,Se^Ⅵ）的磁耦合交换作用

运用密度泛函理论结合对称性破缺方法（DFT-BS）研究了双锰取代的三明治型多酸阴离子[Mn2^Ⅱ（X^n＋Mo9O^33）2]2^（n-10）-（X=P^Ⅴ,As^Ⅴ,Se^Ⅵ）的磁交换作用.计算得到的磁交换耦合常数（J）为负值,表明在这类体系中存在反铁磁交换作用;进一步从几何,自旋密度分布和前线轨道组成方面分析了中心杂原子X对磁交换耦合的影响,结果表明随着随着中心杂原子X的改变（P^V–As^V–Se^V）,影响到中心双核锰和桥氧构成的磁簇的结构,Mn1…Mn2距离有所增大,Ob…Ob距离有所缩短,从而减弱了超交换途径的有效性,反铁磁耦合常数J的数值依次减小.     

异双核X-M之间的磁耦合交换作用: Keggin型杂多酸衍生物[M(H2O)XW11O39]7-(X=FeⅢ, CoⅢ; M=CoⅡ)的密度泛函研究

采用DFT-BS方法研究异双核的Keggin型杂多酸衍生物[M(H2O)XW11O39]7-(Ⅰ: X=FeⅢ, M=CoⅡ; Ⅱ: X=CoⅢ, M=CoⅡ)的磁耦合作用, 计算得到耦合常数(J)为负值, 表明所研究体系具有反铁磁性; J值大小顺序为|J(Ⅰ)|<|J(Ⅱ)|, 说明磁耦合作用增强; 体系Ⅰ与Ⅱ相比, X由FeⅢ变成CoⅢ, M不变, 桥氧原子Ob和Ob2(O′b2)上的自旋密度增大, 进一步从相关BS态的磁轨道比较得出, 体系Ⅱ中轨道重叠程度大于体系Ⅰ, 结果使X-M之间的反铁磁耦合作用加强.     

一维交替铁磁-反铁磁耦合的海森堡链[Mn(N_3)_2(pybox)]_n(英文)

合成了一种叠氮锰一维链状化合物([MnⅡ(N3)2(pybox)]n,1),该化合物采用2,6-吡啶双噁唑啉(pybox)三齿配体和叠氮作为共配体。用单晶X射线衍射的方法对其晶体结构进行了表征,结果表明二价锰离子通过双EO叠氮桥和双EE桥交替桥连成链状结构,其中锰离子分别与4个叠氮根和1个pybox配体上的3个氮原子配位,为七配位模式。变温磁化率数据表明,交替的EO叠氮桥和EE叠氮桥分别传递铁磁和反铁磁耦合相互作用形成一维交替的海森堡链。通过S=5/2交替铁磁-反铁磁耦合一维体系的理论模型,我们获得其磁耦合常数为:J1=9.19 cm-1,J2=-19.89 cm-1。化合物1在低温表现出反铁磁有序。     

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。     

密度泛函理论研究顺式与反式构型的Mn(II)-NITR_2自由基配合物的磁交换作用

密度泛函理论(DFT)结合对称性破损(BS)方法(DFT-BS)研究了两个自由基NITR(Nitronyl Nitroxide)分别以顺式和反式构型与过渡金属Mn(II)形成的八面体配位化合物的磁学性质,计算了Mn(II)-(NITR)2体系磁耦合参数J对以下三个结构参数的依赖关系:(1)Mn-O-N(NITR)键角θ;(2)旋转角ψ(定义为NITR自由基平面围绕Mn-O(NITR)键旋转的角度);(3)Mn-O(NITR)键长.结果表明,与相应的Cu(II)-(NITR)配合物不同,Mn(II)-(NIRT)2配合物的顺式与反式构型都表现了强的反铁磁耦合作用,与变温磁化率实验测定相一致.从分子轨道理论分析,体系的磁交换作用是通过σ-和π-型两种直接交换通道传递的.对于这两种构型,当固定键角θ和键长R,同时变化旋转角ψ时,磁耦合常数J与局域磁轨道的重叠积分平方2abS之间存在着线性关系.     

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.     

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.     

Density functional study of magnetic exchange of dinuclear manganese complexes with the heteropoly-molyanion:[Mn~(II)_2(X~(n )Mo_9O_(33))_2]~(2(n-10)-) (X=P~V, As~V, Se~VI)

The magnetic exchange interactions between the dimanganese(II)-substituted complexes and the het-eropolymolyanion, [MnII2(Xn Mo9O33)2]2(n-10)-(X = PV(I), AsV(II) and SeVI(III)), are investigated by using density functional theory combined with broken-symmetry approach (DFT-BS) method. The calculated magnetic exchange coupling constant (J) of complex II is in reasonable agreement with the responding experimental value and the negative J values indicate that antiferromagnetic exchange interactions exist in these complexes. Furthermore, the influence of the central heteroatom on the exchange cou-pling within the dimanganese core unit is studied from standpoints of geometry, spin density and fron-tier orbitals. It demonstrates that the change of the heteroatom X via PV-AsV-SeVI elongates the dis-tances of Mn1···Mn2 and shortens the distances of Ob···Ob, and reduces the effectiveness of the super-exchange pathways, consequently, decreasing the magnitude of the antiferromagnetic coupling constant, J, of these species.     

2-(羟甲基)-N-甲基咪唑桥联Mn_2~ⅡMn_2~Ⅲ四核配合物的合成、结构和磁性

报道了3个2-(羟甲基)-N-甲基咪唑(Hhmmi)桥联的MnⅡ2MnⅢ2四核配合物[Mn4(hmmi)6(DMF)2·(N3)2](ClO4)2(1),[Mn4(hmmi)6(H2O)2(N3)2](ClO4)2(2)和[Mn4(hmmi)6Cl4]·6CH3CN(3·6CH3CN)的合成、晶体结构和磁性.在配合物1~3中,中心结构皆为四核蝶形混合价Mn结构,2个MnⅡ占据蝶形两翼位置,2个MnⅢ占据蝶形中间位置.MnⅢ离子间通过hmmi-上的μ3-烷氧原子桥联,相应MnⅢ—O—MnⅢ键角为101.3°~103.4°;而MnⅢ-MnⅡ离子间通过hmmi-上的μ3-和μ2-烷氧原子桥联,相应MnⅢ—O—MnⅡ键角为92.5°~113.7°.对配合物1~3进行变温磁化率拟合,结果表明,MnⅢ-MnⅢ间呈铁磁相互作用,而MnⅢ-MnⅡ间以及Mn4分子间存在较弱的铁磁或反铁磁耦合.     

密度泛函理论在分子磁学中的应用1.单氧桥联双核铁(III)[Cl_3FeOFeCl_3]~(2-)磁耦合作用

通过对桥联双核铁 (III) [Cl3FeOFeCl3] 2 - 的磁耦合常数的计算 ,探讨了密度泛函理论计算条件对计算结果的影响 .基于密度泛函理论下的破损态方法 ,着重讨论了双核Fe(III) 2 的d5 d5 电子通过氧桥的超交换作用 .研究发现分子的反铁磁通道主要是Fe(III)的dyz和dz2 与 μ O的p轨道形成的 ,具有π /π 和σ /σ 特征的超交换通道     

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.     

以1,2-二甲基咪唑为配体的双核Co(Ⅱ)配合物的磁性理论研究

采用密度泛函理论结合对称破损态方法(DFT-BS),选取反铁磁双核配合物[Co_2(DMIM)_4(μ-O_2,O,O'-SO_4)_2](DMIM=1,2-二甲基咪唑)为研究对象,通过不同密度泛函方法与基组计算双核Co(Ⅱ)配合物体系的磁耦合常数,并将计算结果与实验数据进行比较,寻找DFT-BS方法下最适合本体系的计算条件.结果表明,3种混合密度泛函DFT(PBE0,B3PW91和B3P86)的计算结果都与实验观测值-28 cm~(-1)符号一致,但只有PBE0方法得到的结果和实验数据吻合程度最好.同时,采用PBE0方法计算所得的交换耦合常数Jab对基组有较大的依赖性.研究表明,单占据分子轨道SOMOs较大的能量劈裂导致了2个Co(Ⅱ)离子之间强的反铁磁相互作用.     

N,N′-双(2-氨基丙基).草酰胺合铜(Ⅱ)的铜(Ⅱ)-锰Ⅱ配合物的合成和磁性

合成和表征了两种新的异双核配合物[Cu(oxap)Mn(L)_2](ClO_4)_2,oxap表示N,N'-双(2-氨基丙基)草酰胺根阴离子,L表示1,10-邻菲喀啉(phen)和5-硝基-1,10-邻菲咯啉(NO_2-phen)。测定了配合物的变温磁化率(4.2—300K),并用最小二乘法和从自旋Hamiltonian算符,=-2JS_1·S_2-DS_(s1)导出的磁方程拟合,求得交换积分为J=-74.72cm~(-1)(phen)和J=-76.39cm~(-1)(NO_2—phen),表明两个Cu(Ⅱ)-Mn(Ⅱ)双核配合物中有中等强度的反铁磁超交换作用。     

具有非正规自旋态结构的新型Mn(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)-Mn(Ⅱ)三核配合物的合成和磁性

合成和表征了四种新的异三核配合物, {[Mn(L)2]2[Cu(bpa)]{(ClO4)2,其中pba表示为亚丙基-1, 3-双(草胺酸根); L表示1, 10-菲咯啉(phen)、5-硝基-1, 10-菲咯啉(NO2-phen)、2, 2'-联吡啶(bpy)、4, 4'-二甲基-2, 2'-联吡啶(Me2bpy)。基于{[Mn(phen)2]2[Cu(pba)]}(ClO4)2.H2O的变温磁化率测量(4.2~300K), 求出交换积分J=41.5cm^-^1, 表明Mn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)离子间为反铁磁耦合。在XMT-T图上, XMT在175K附近呈现出一极小值, 这是具有非正规自旋态结构的多金属耦合体系的典型特征。     

自由基-Mn(Ⅱ)链状配合物的合成、晶体结构和磁性研究

报道了一个由叠氮和羧基混桥联接的自由基-Mn(Ⅱ)一维锯齿链状配合物: [Mn2(IM2-Py)2(Ac)2 (μ1,1-N3)(μ1,3-N3)@EtOH]n [IM2-Py = 2-(2′-吡啶基)4,4,5,5-四甲基咪唑啉-1-氧基自由基]的合成、晶体结构和磁性. 晶体属单斜晶系, P21/n空间群. 配合物中每个Mn(Ⅱ)离子处于变形八面体的配位环境, 赤道平面由自由基配体上的两个N原子和两个乙酸根上的氧原子组成; μ1,1-N3和μ1,3-N3中的两个N原子处于轴向位置. Mn(Ⅱ)离子通过μ1,1-N3上的N原子以及两个羧基彼此相连构成了一个双Mn单元, 每个双锰单元通过N-3(μ1,3)连成一维锯齿状链. 配合物依次通过配位键、π-π相互作用、氢键构成了三维网状结构. 文中提出一种处理具有三种不同磁相互作用的新的近似理论模型, 磁分析表明体系中Mn(Ⅱ)和自由基间存在较强的反铁磁相互作用, Mn-R与Mn-R之间存在弱的反铁磁相互作用, 双锰单元间存在极弱的反铁磁相互作用.     

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.     

N,N'-双(2-氨基丙基)草酰胺合铜(II)的铜(II)-锰(II)配合物的合成和磁性

合成和表征了两种新的异双核配合物[Cu(oxap)Mn(L)~2](ClO~4)~2, oxap表示N,N'-双(2-氨基丙基)草酰胺根阴离子, L表示1,10-邻菲咯啉(phen)和5-硝基-1,10-邻菲咯啉(NO~2-phen)。测定了配合物的变温磁化率(4.2-300K), 并用最小二乘法和从自旋Hamiltonian算符, ^^H=-2J^^S~1.^^S~2-D^^S~Z~1导出的磁方程拟合。求得交换积分为J=-74.72cm^-^1(phen)和J=-76.39cm^-^1(No~2-phen), 表明两个Cu(II)-Mn(II)双核配合物中有中等强度的反铁磁超交换作用。     

具有非正规自旋态结构的新型Mn(Ⅱ)-Cu(Ⅱ)-Mn(Ⅱ)三核配合物的合成和磁性

合成和表征了四种新的异三核配合物,{[Mn(L)_2]_2[Cu(Pba)]}(ClO_4)_2,其中Pba表示为亚丙基-1,3-双(草胺酸根);L表示1,10-菲咯啉(phen)、5-硝基-1,10-菲咯琳(NO_2-phen)、2,2’-联吡啶(bpy)、4,4′-二甲基-2,2’-联吡啶(Me_2bpy).基于{[Mn(phen)_2]_2[Cu(pba)]}(ClO_4)_2·H_2O的变温磁化率测量(4.2～300K),求出交换积分J=-41.5cm(-1),表明Mn(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)离子间为反铁磁耦合.在 X_MT-T图上,X_MT在175K附近呈现出一极小值,这是具有非正规自旋态结构的多金属耦合体系的典型特征.     

N,N'-双(2-氨基丙基)草酰胺合铜(II)的铜(II)-锰(II)配合物的合成和磁性

合成和表征了两种新的异双核配合物[Cu(oxap)Mn(L)~2](ClO~4)~2, oxap表示N,N'-双(2-氨基丙基)草酰胺根阴离子, L表示1,10-邻菲咯啉(phen)和5-硝基-1,10-邻菲咯啉(NO~2-phen)。测定了配合物的变温磁化率(4.2-300K), 并用最小二乘法和从自旋Hamiltonian算符, ^^H=-2J^^S~1.^^S~2-D^^S~Z~1导出的磁方程拟合。求得交换积分为J=-74.72cm^-^1(phen)和J=-76.39cm^-^1(No~2-phen), 表明两个Cu(II)-Mn(II)双核配合物中有中等强度的反铁磁超交换作用。     

密度泛函理论研究顺式与反式构型的Mn(II)-NITR2自由基配合物的磁交换作用

密度泛函理论(DFT)结合对称性破损(BS)方法(DFT-BS)研究了两个自由基NITR(Nitronyl Nitroxide)分别以顺式和反式构型与过渡金属Mn(II)形成的八面体配位化合物的磁学性质, 计算了Mn(II)-(NITR)₂体系磁耦合参数J对以下三个结构参数的依赖关系: (1) Mn-O-N(NITR)键角θ; (2) 旋转角ψ(定义为NITR自由基平面围绕Mn-O(NITR)键旋转的角度); (3) Mn-O(NITR)键长. 结果表明, 与相应的Cu(II)-(NITR)配合物不同, Mn(II)-(NIRT)₂配合物的顺式与反式构型都表现了强的反铁磁耦合作用, 与变温磁化率实验测定相一致. 从分子轨道理论分析, 体系的磁交换作用是通过σ-和π-型两种直接交换通道传递的. 对于这两种构型, 当固定键角θ和键长R, 同时变化旋转角ψ时, 磁耦合常数J与局域磁轨道的重叠积分平方S²_ab之间存在着线性关系.