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.     

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.     

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。     

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。     

羧酸桥对反铁磁性EO叠氮铜双核配合物磁性影响的理论研究

基于密度泛函理论结合对称性破损态(DFT-BS)方法,运用不同的密度泛函和基组对反铁磁性EO叠氮铜双核配合物[Cu2(dmpe)2(μ1,1-N3)2(CH3COO)]+的磁性质进行研究.结果显示,杂化泛函计算的结果与实验数据非常吻合,能够准确描述反铁磁性EO叠氮铜双核配合物的磁性质.磁轨道分析表明,配合物中存在3个磁通道(2个叠氮桥、1个羧酸桥),磁通道中N原子、O原子与顺磁中心二价铜离子间都存在p d轨道重叠,对体系反铁磁性耦合相互作用都有贡献.从自旋布居分布角度来看,该配合物中顺磁中心间主要是自旋离域作用.配合物中羧酸桥传递强反铁磁性相互作用,使得顺磁中心间磁轨道的重叠增加,体系的反铁磁性相互作用增强.     

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.     

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。     

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.     

1,2,3,4-四苯基丁二烯二环戊二烯铌的合成和顺磁共振研究

合成1,2,3,4-四苯基丁二烯二环戊二烯妮(Ⅳ)金属环化合物.测定它的甲苯溶液和玻璃态固体多晶EPR波谱.由计算机模拟分析得到各向异性EPR参数:g_x=1.9915,g_y=2.0017,g_z=2.0005;T_x=-69.5G,T_y=-103.2G,T_z=-18.0G和最高占据分子轨道中d_z²及d_x²-y²混合系数比α²/b²=22.0.     

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。     

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。     

理论研究二米基硼B(Mes)2位置异构对Ir(III)配合物Ir(ppy)2(acac)的光物理性质的影响

采用DFT/TDDFT方法研究了二米基硼B（Mes）₂基团修饰的一类Ir（ppy）₂（acac）配合物1～3的光物理性质. 计算了电子结构,吸收和发射光谱以及自旋轨道耦合矩阵< T₁^α|H_SOC|S_n >和辐射跃迁速率（k_r）,探讨了取代基位置不同对磷光辐射和非辐射跃迁性质的影响. 研究结果表明：向ppy配体的吡啶环引入B（Mes）₂基团,能够加强金属铱（Ir）与配体乙酰丙酮（acac）的相互作用,减小单-三重态能级差ΔE（S₁-T₁）,提高系间窜跃速率和磷光辐射跃迁速率. 向ppy配体的苯环引入B（Mes）₂基团则增大了S₀与T₁的结构变形和自旋轨道耦合矩阵< S₀|H_SOC|T₁ >,使非辐射跃迁速率增加. B（Mes）₂基团位置异构,导致金属d轨道分裂方式不同,其在三个方向的自旋轨道耦合作用不同,辐射跃迁和非辐射跃迁都随之改变. 从理论上解释了通过对ppy配体的吡啶环修饰可获得高磷光量子产率的原因.     

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.     

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.     

单核Cu(Ⅱ)配合物C_(18)H_(12)CuN_4O-2的密度泛函研究

用量子化学从头算方法,在ROB3LYP/LANL2MB水平上,对单核配合物C18H12CuN4O2进行了理论计算,优化得到了该配合物的平衡几何构型,并计算了它的谐振动频率.结果表明:该配合物分子是可以稳定存在的,电子自旋布居主要集中在Cu原子及配体原子上,Cu原子和配体原子的自旋布居符号相同,说明体系中存在较强的自旋离域效应.体系的前沿轨道主要由Cu原子的d轨道和配体原子的p轨道组成,这种组成有利于配体与磁中心之间的电子转移.计算结果与实验符合得较好.     

基于线性叠氮四核单元的系列二维化合物: 合成, 晶体结构及磁性

分子磁体的设计与合成一直是当今物理和化学的热门研究课题. 受分子磁体启发, 通过引入叠氮磁耦合基团以及长链棒状配体4,4'-二咪唑联苯(L), 我们构筑了三个磁性化合物[Co₂(N₃)₄(L)_2.5]_∞(1), [Ni₂(N₃)₃(NO₃)(L)_2.5]_∞(2)和[Mn₂(N₃)₄(L)_2.5]_∞(3). 结构分析显示, 这是三个同构化合物, 展现了一种基于线性叠氮四核单元的二维层网络. 有意义的是, 这种线性叠氮四核单元还未曾被人报道. 磁性研究表明, 三个化合物都是铁磁耦合, 这是由于EO-叠氮所导致的. 通过拟合实验数据, 我们得到了三个化合物的磁耦合常数, 进一步验证了上面磁构相关性的讨论.     

过渡金属催化有机腈和叠氮酸钠反应机理的研究

过渡金属催化有机腈和叠氮酸钠反应机理的研究一直是一个具有挑战性的课题.本工作组合理论和实验方法,对其反应机理作了深入的探讨.基于对两种类型中间体（H₂O）₃M…N₃^-和（H₂O）₃M…NCCH₃稳定性的理论分析和中间体Cd₂（μ₃-N₃）（μ₃-OH）（μ₅-CHDA）（1）和Cd（μ₂-N₃）（μ₃-IBA）（2）（H₂CHDA为1,3-环己二酸,HIBA为4'-（咪唑-1-基）苯甲酸）的成功捕获,首次从实验和理论上揭示了过渡金属离子在反应中起活化叠氮酸根的作用.此外,基于中间体（H₂O）₃M… N₃^-和乙腈分子的静电势盆分析的结果,揭示了叠氮酸根未配位的端基N原子可以进攻氰基N原子发生加成反应,随后可能发生环加成反应生成四唑,在水分子的辅助下,其加成物也可能发生类似于里特反应生成全氮阴离子.该项研究把过渡金属催化有机腈和叠氮酸钠反应引入全氮阴离子合成的新领域.     

光驱动的金属富勒烯分子磁开关※

由于碳笼的保护, 从外部操控内嵌富勒烯笼内分子的特性一直是一个挑战. 通过在顺磁性金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀碳笼外修饰具有光活性的偶氮苯-氮氧自由基, 成功设计出基于金属富勒烯-氮氧自由基的分子开关, 实现了原位可逆地光驱动远程控制金属富勒烯的顺磁特性. 在不同光照条件下, 利用偶氮苯的光异构化特性改变双自旋中心的相对位置, 调整自旋-自旋、自旋-晶格相互作用, 进而影响金属富勒烯的电子顺磁特性. 研究发现, 紫外光照下, 氮氧自由基使金属富勒烯Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号逐渐减弱, 可见光照下Sc₃C₂@C₈₀的顺磁信号又增强, 由此实现了氮氧自由基作为顺磁开关的功能.     

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.