单分子磁体

单分子磁体是涉及合成化学、材料科学和凝聚态物理等边缘学科的一个新颖课题。本文对单分子磁体的主要性质、功能、研究方法和最新进展做了评述。重点介绍了含Mn和Fe这两类重要的单分子磁体。     

稀土单分子磁体

单分子磁体因其磁性双稳态和慢弛豫机制而在超高密度存储材料、自旋电子器件等领域具有潜在的应用. 稀土单分子磁体因为具有较大的磁矩和磁各向异性而成为近年来研究的热点话题. 目前有关稀土单分子磁体的综述都主要集中在它们的合成、结构及磁性能, 而在其它性质方面缺少深入而系统的研究. 因此, 本论文结合现有的研究成果, 围绕稀土单分子磁体的高翻转能垒、复杂的多弛豫机制、可调控的磁性以及多功能材料的四个特点进行了综述, 旨在更好的理解稀土单分子磁体的物理、化学本质, 为稀土单分子磁体的设计与调控提供思路.     

稀土单分子磁体研究进展

单分子磁体是一类纳米尺度的磁性材料,在高密度信息存储、量子比特和自旋电子器件等方面具有潜在的应用价值而备受关注.由于稀土离子具有大的磁矩和强的磁各向异性,稀土离子在高性能单分子磁体构筑方面有过渡金属离子不可比拟的优势.近年来,以单核和双核稀土单分子磁体为代表的稀土单分子磁体的研究取得了长足的进展,尤其是突破了以液氮沸点...     

稀土单分子磁体的研究进展

在信息存储和量子计算方面具有广阔应用前景的单分子磁体及相关研究中,应用各向异性显著的稀土离子以期提高单分子磁体自旋翻转能垒的研究倍受关注。 本文综述了稀土单分子磁体的研究进展,并着重介绍了单核、三核及四核镝配合物单分子磁体的磁学性质。     

锕系单分子磁体研究进展

单分子磁体是一类由单个分子组成的磁性材料,其磁性起源于单个分子的磁矩,有望在超高密度存储、量子计算机、自旋电子学等领域得到应用.由于锕系元素极大的旋轨耦合效应及5f轨道的延展性,锕系单分子磁体越来越受到人们的关注,期待未来磁学性能甚至能超越过渡及镧系金属.然而,目前对于锕系单分子磁体的弛豫机理及慢磁行为的影响因素仍尚未明确.本综述总结了近10多年以来报道的锕系单分子磁体,发现有效能垒的实验值和理论值极不相符,一定程度限制了锕系单分子磁体的发展.最后,对未来的锕系单分子磁体研究方向进行了展望.     

单分子磁环最新进展及研究展望

与单分子磁体的定义(SMMs)相类似,单分子磁环(SMTs)定义为具有环形磁双稳态的一类分子。该类配合物的特征在于弱耦合磁矩的"涡旋"空间分布导致总磁矩为零,但是分子仍具有环形磁矩。单分子磁环为量子计算和信息存储提供了广阔的应用前景,也可以作为具有磁电耦合效应的多铁材料。自从在[Dy3]分子中首次观察到典型的单分子磁环行为以来,研究人员在合成单分子磁环方面做出了巨大的努力,致力于合成具有环形磁矩的分子以及设法将环形磁矩增强。本文将对近年报道的新兴单分子磁环配合物进行详细地分析讨论,旨在阐明影响环形磁矩排列的因素以及单分子磁环配合物的综合设计策略,指导探索合成具有增强环形磁矩的单分子磁环配合物。     

多酸构筑的单分子磁体

设计合成具有单分子磁体行为的分子磁性材料近年来受到广泛关注. 合成单分子磁体的一个常用策略是利用有机多齿含氧或含氮配体将各种自旋载体组装成簇,使之具有高基态自旋值(S)和负的单轴磁各向异性值(D),进而满足形成单分子磁体所需的磁能垒. 令人感兴趣的是近年来多酸发展成为一类构筑新型单分子磁体的无机建筑基元. 多酸是一类独特的具有富氧表面、可控的尺寸、形状和电荷的无机纳米级金属氧簇,同时,一系列缺位多酸衍生物能够结合各种过渡金属或稀土离子形成多核金属簇合物. 近五年来,多酸已作为一类无机多齿含氧配体成功构筑系列具有单分子磁体行为的新型过渡金属簇合物、稀土簇合物和3d-4f杂金属簇合物. 特别是一些缺位多酸配体能够为稀土离子提供完美的配体场,进而构筑新一代的单离子磁体. 此外,高自旋、磁各向异性单元(如单分子磁体)还可被均匀分散在具有孔道特征的多酸三级结构中,形成具有单分子磁体行为的多酸基复合材料. 最近,以多酸为模板构筑具有单分子磁体行为的多核簇合物也取得了新进展. 本综述旨在对近五年来利用多酸构筑的单分子磁体化合物进行评论,重点阐述利用多酸设计合成单分子磁体的策略、多酸在单分子磁体化合物结构中的作用和优势,以及多酸构筑单分子磁体这一研究课题的发展前景.     

单分子磁体及其磁学表征*

单分子磁体是介于分子基磁体和纳米磁性材料的学科交叉点.对其不同寻常磁特性的研究不仅有助于纳米磁性离子物理学和化学的发展,而且有望最终用于高密度信息储存设备.本文就单分子磁体的研究背景和意义、单分子磁体的种类、结构及磁学表征作一概述.     

3d-4f单分子磁体

单分子磁体是指那些在磁场下能够被磁化,当磁场去除后仍能保持磁性的单个分子。由于在信息处理和储存方面具有潜在的广泛应用前景,单分子磁体日益成为化学、材料科学和物理等学科的研究热点。近年来,同时含有镧系金属离子和过渡金属离子的3d-4f单分子磁体更是引起了很多研究者的兴趣。本文阐述了3d-4f单分子磁体的优势,总结了3d-4f单分子磁体的常见合成方法及其磁性,分析了影响3d-4f单分子磁体磁性的因素。     

杯芳烃修饰的六核镝单分子磁体

以对叔丁基杯[4]芳烃（HaC4A）配体合成了三个同构化合物[Ln^Ⅲ6（μ4-O）2（C4A）2（N03）2（HCOO）2-（CH30）2（DMF）4（CH30H）4]（Ln=Gd（1）,Tb（2）,Dy（3））,并对其晶体结构、磁性和荧光性质进行了研究．化合物结构中,两个尾对尾的杯芳烃分子和一个夹在中间的稀土八面体构成一个六核的三明治型结构单元,该结构单元通过超分子堆积形成化合物的三维结构．磁性和荧光测试表明,含镝化合物表现为具有光致发光性能的单分子磁体．     

环形镧系分子簇合物的组装与单分子磁体性质

由于稀土离子具有很强的磁各向异性,近年来基于单核或多核稀土化合物的单分子磁体研究得到了人们广泛的关注.环形簇合物是一类特殊的簇合物,也称分子轮或金属冠醚.设计合成环形稀土簇合物不仅可以获得新的稀土单分子磁体,而且环形簇合物中稀土离子磁偶极的涡旋分布还可以产生环形磁矩,因而在量子计算、信息存储、自旋分子器件等方面具有潜在的应用.鉴于环形稀土簇合物特别是含奇数核的环形簇合物的合成依然充满挑战,本综述将着重阐述已报道的环形稀土簇合物的组装规律、结构特点及磁性研究.     

脱水对六核锰单分子磁体磁性的影响

以水杨醛肟和Mn(CH3COO)2.4H2O为原料,合成了一个新的六核锰簇合物[Mn6O2(CH3COO)2(salox)6(H2O)4].10H2O(salox2-表示负二价的水杨醛肟),对其进行了单晶X射线衍射分析及脱水前后样品的直流和交流磁性测试。结果表明,该簇合物是一个反铁磁性单分子磁体,脱水使得六核锰簇内的反铁磁作用增强,磁弛豫能垒下降,但簇合物仍保持单分子磁体的性质。     

分子基导电性磁体

分子基导电磁体又称磁性导体,是有机导体和分子磁体研究的交叉领域．由于在现有的绝缘性的分子基电荷转移复合物中存在着铁磁性,反铁磁性和量子磁体行为,因此好的导电性和磁性不能共存曾经是大家的一个共识．自从发现了第一个分子基金属性铁磁体,将有机导体的兀一单元和磁性络离子相结合制备分子基导电性磁体成为了一个热门的研究领域．到目前为止,金属性铁磁体,半导性的室温亚铁磁体,金属性弱铁磁体和具有超导电性的反铁磁体都被人们合成出来了,人们正在期盼有着高电导性和高磁有序温度的分子基导电磁体的出现．     

基于席夫碱分隔配体的Cu-Tb单分子磁体的阴离子调控

基于席夫碱分隔配体H₂vanophen（1,2-苯二胺缩邻香草醛）,通过引入不同的阴离子,构筑了3个Cu-Tb基金属配合物[Cu₂（vanophen）₂TbCl₂（MeOH）₂]Cl·3MeOH（1）、[Cu₂（vanophen）₂TbCl₂（MeOH）₂]（TCNQ）_1.5·2MeOH（2）和[Cu₂（vanophen）₂Tb₂（N₃）₆]·2MeOH（3）（TCNQ=7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷）,并详细研究了它们的结构和磁性。除了抗衡阴离子外,配合物1和2具有非常相似的[CuTbCu]三核结构;其中Cu（Ⅱ）离子处于席夫碱配体中的[N₂O₂]配位口袋中,而Tb（Ⅲ）离子则和配体中的[O₄]配位口袋中的全部或部分O原子配位。对应于一个三核基元,配合物1中的抗衡阴离子为一个Cl^-离子,而配合物2中的抗衡阴离子是一个TCNQ^-0.5阴离子及半个TCNQ^-阴离子。配合物3是由end-end及end-on叠氮桥联2个[CuTb]单元形成的四核[CuTb]2配合物。磁性研究表明,三核配合物1和2均为场致的单分子磁体而配合物3为零场单分子磁体,其中配合物1和3的能垒分别为（11.1±0.3） cm^-1和（20.2±0.3） cm^-1。相比于配合物1,配合物2具有更低的能垒,这可能源于其中的阴离子自由基和三核[CuTbCu]基元之间的弱的磁相互作用。     

普鲁士蓝类分子磁体研究的新进展

在分子磁体的研制中,多氰金属盐是一类非常合适的分子前体。它有可能组装成高自旋基态、高居里温度或具有各向异性的分子基磁体。本文将介绍此类分子磁体的研究新成果及发展前景。     

一例具有显著单分子磁体行为的双核镝配合物

使用多齿席夫碱H₂L（H₂L=（E）-N''-（3-乙氧基-2-羟基亚苄基）-3-羟基吡啶甲酰肼）为配体,与Ln（dbm）₃·2H₂O（Ln=Dy（1）、Nd（2）;dbm^-=1,3-dioxo-1,3-diphenylpropan-2-ide）反应,通过溶剂热法,成功得到了2例新的双核稀土配合物[Ln₂（dbm）₂（L）₂（C₂H₅OH）₂]。单晶X射线衍射结构表明：配合物1和2的结构主要由2个Ln（Ⅲ）离子、2个dbm^-、2个L^2-及2个C₂H₅OH组成,中心Ln（Ⅲ）离子通过2个μ₂-O原子相互连接,形成一个平行四边形的Ln₂O₂核心。磁性研究表明,配合物1中Dy（Ⅲ）离子间存在铁磁耦合作用,且1表现出显著的单分子磁体行为。     

设计分子基铁磁体的理论模型

组装分子基铁磁体是自然界向化学家提出的挑战性课题、为了预测和解释分子基化合物磁性，本文介绍三种分子间相互作用的理论模型，以便实验化学家定向设计和合成分子基铁磁体。     

单原子催化的最新进展

单原子催化剂由于其自身兼具均相催化剂的"孤立活性位点"和多相催化剂易于循环使用的特点,近年来受到了广泛关注.本综述概括了2015至2016年单原子催化领域的重要进展,重点介绍了新的催化剂制备方法、单原子金催化剂在CO氧化中的进展、单原子钯/铂催化的选择性加氢反应以及铂或非贵金属单原子催化剂在电化学中的应用等.在催化剂的合成方面,用传统的湿化学方法制备的单原子催化剂通常金属负载量较低,使得催化剂的常规表征比较困难.最近发展的一系列新型合成方法例如原子层沉积法、高温蒸汽转移法、光介还原法以及热解法等制备M?N?C等非贵金属催化剂等,尽管有不同程度的局限性,但均可以成功制备高负载量的单原子催化剂.单原子催化剂的载体得到了拓展,除传统的金属氧化物外,金属有机框架材料和二维材料等均被用于单原子催化剂的制备.在单原子催化剂的应用方面,金由于较高的电负性和与氧的弱相互作用能力,因而与氧化物载体作用较弱,不易形成单原子催化剂.但近期报道了成功制备的单原子金催化剂,在CO氧化反应、乙醇脱氢和二烯加氢反应中都有不错的进展.本文还介绍了铂和钯单原子(合金)催化剂在加氢反应中的优异活性及选择性,表明了单原子催化剂在选择性上的优势.将一种金属掺杂到另一种金属基底中制备的单原子合金催化剂也因其特异的性能备受关注.此外,对于化工生产中典型的均相催化反应,如氢甲酰化,单原子催化剂在无外加膦配体的情况下表现出高活性的同时还能很好地控制化学选择性,甚至达到令人满意的区域选择性,从实验上证明了单原子催化剂有望作为沟通均相催化和多相催化的桥梁.单原子催化剂在电催化和光催化中也得到了快速发展.铂单原子催化剂因其高原子利用率和高稳定性,在析氢反应和氧还原反应中有着良好的应用前景.另一方面,非贵金属特别是Co单原子催化剂在光电催化中因其优异的活性和巨大潜力得到了较深入的研究.除了上述进展,单原子催化领域还有许多基本问题需要继续深入研究,对单原子催化剂更加全面透彻的认识将为设计发展新型催化体系,扩展单原子催化领域提供指导和借鉴.     

生物分子的单分子检测研究

本文评述了生物单分子检测的方法及其在生物大分子结构与功能之间的关系、酶的活性、反应动力学、分子构象、DNA和RNA的转录、蛋白质折叠等生物学重要问题研究上的应用。对生物单分子检测技术这一研究领域的发展趋势作了展望。     

第一过渡系金属-镝单分子磁体研究进展与展望

第一过渡系中的顺磁性离子Cr^Ⅲ、Mn^Ⅱ/Mn^Ⅲ、Fe^Ⅱ/Fe^Ⅲ、Co^Ⅱ、Ni^Ⅱ和Cu^Ⅱ及抗磁性离子Co^Ⅲ和Zn^Ⅱ均可与Dy^Ⅲ在多齿螯合配体配位下形成单分子磁体配合物。在本文中,我们阐述或汇总了几乎所有的第一过渡系金属-镝单分子磁体。对于由顺磁性第一过渡金属离子和Dy^Ⅲ离子形成的配合物,有2个有趣的现象需要引起人们的注意：一是一些Cr-Dy配合物具有较高的阻塞温度和较大的矫顽场,这可归功于配合物内Cr^Ⅲ离子和Dy^Ⅲ离子之间较强的磁耦合作用（|J|>10 cm^-1）。二是报道的Fe^Ⅱ₂-Dy配合物的能垒可达到319 cm^-1（459 K）,这在第一过渡系金属-镝单分子磁体中也是比较高的。这可能与Fe^Ⅱ₂-Dy中Dy^Ⅲ具有较高的轴向对称性（D_5h）有关,且从头计算表明该配合物中Dy的第一激发态也具有较高的轴向对称性。除了部分Cr-Dy和Fe^Ⅱ-Dy配合物外,其他顺磁性第一过渡金属-Dy的能垒较低,这可能由配合物内顺磁离子间弱的磁耦合造成的。为了消除磁耦合对磁弛豫行为影响,近年来人们关注于使用抗磁性第一过渡金属离子与Dy^Ⅲ构建单分子磁体配合物。相比其他核数的Zn-Dy配合物,三核Zn₂Dy配合物被报道的数目最多且研究得最为深入,这可能与较易调控Zn₂Dy中Dy配位几何对称性有关。最后,我们提出了几点关于进一步提升第一过渡系金属-镝单分子磁体的磁性能的建议,其中最为重要的是控制Dy配位几何的轴向对称性及Dy的基态m_J的电荷分布。对于第一过渡系金属-镝单分子磁体中的Dy^Ⅲ离子,Dy^Ⅲ基态m_J的电荷与配体的电荷之间的静电排斥应该降到最低。