[发明专利]一种Co零维单分子磁体材料和制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于分子基材料技术领域，设计金属-有机配位聚合物材料，特别是一种零维单分子磁体的制备方法及其应用。

背景技术

单分子磁体研究(Single-Molecule Magnets，SMMs)是近年来兴起的新型研究领域。单分子磁体是介于分子基磁体和纳米磁性材料之间的新型材料。单分子磁体由于本身结构为独立的纳米磁单位,具有众多特异的性能,所以成为了研究热点。1993年，Sessoli研究小组发现了首例单分子磁体[Mn₁₂O₁₂(O₂CMe)₁₆(H₂O)₄]·2(CH₃COOH)·4H₂O参见Sessoli R等,J.Am.Chem.Soc.1993,115,1804。此后Sessoli和Girolami等人对单分子磁体的特征与性质进行了系统研究和分析，参见Girolami G S等，Science1995,268,397，单分子磁体逐渐成为二十一世纪国际新兴的前沿研究领域之一。单分子磁体受到了目前单分子磁体主要由Mn、Co、Cu等过渡金属单分子磁体，Dy、Tb等稀土金属单分子磁体以及3d-4f（过渡-稀土）金属单分子磁体组成。单分子磁体具有量子隧道磁化效应和量子干涉效应等独特性质，使它们有可能在量子计算机等多方面得到广泛的应用。单分子磁体材料，由于其巨大的表面/体积比引起的特殊的尺寸效应或量子效应，以及其微小的尺度带来的响应时间、能量损耗和传输效率的改善而有望成为超高信息密度存储材料。因此，该类分子的相关研究引起了世界各国的广泛重视。

发明内容

本发明的目的在于提供一种零维单分子磁体磁性材料的制备方法及其应用。

本发明零维单分子磁体磁性材料，其特征在于，化学式为[Co₂(L)₃(NO₃)]₂·(NO₃)₂，其中L为有机配体2-乙基-4,5-二羟甲基咪唑。

上述零维单分子磁体磁性材料，其二级结构单元为：晶体属于单斜晶系，空间群为P2(1)/C，晶胞参数为：β=118.78^°，α=γ=90^°；从连接构筑的角度看，该单分子磁体有两种构型的钴，分别记为Co1、Co1A、Co2、Co2A，Co1与Co1A是相同的构型与连接方式，Co2与Co2A是相同的构型与连接方式，其中，Co1与3个配体和1个硝酸根相连，Co2与4个配体相连；其中，钴与配体的连接方式均为与配体上的N和同侧羟基上的μ₂-O及μ₃-O连接；所有钴均为六配位，形成扭曲的八面体构型。

其中有机配体2-乙基-4,5-二羟甲基咪唑的化学结构式为：

本发明零维单分子磁体的合成方法，包括以下步骤：

在封闭状态下，有机配体L（2-乙基-4,5-二羟甲基咪唑），与硝酸钴在乙醇或甲醇中经由热反应得到零维单分子磁体材料的晶体；其中所述的有机配体L(2-乙基-4,5-二羟甲基咪唑)与硝酸钴的摩尔比为（0.5～3）:1，每0.1毫摩尔的有机配体L对应2-4mL的乙醇或甲醇。

所述热反应的反应条件为40℃-80℃，反应时间为2-4天，优选3天。经由热反应3天得到针状晶体。

此单分子磁体锰离子间存在较大的反铁磁耦合作用，可用作分子基磁性材料。

本单分子磁体材料在材料方面具有反铁磁性质，可用作分子基磁性材料，在材料科学领域具有良好的应用前景。

附图说明

附图1为[Co₂(L)₃(NO₃)]₂·(NO₃)₂中[Co₂(L)₃(NO₃)]₂的晶体结构图。

附图2Co₂(L)₃(NO₃)]₂·(NO₃)₂的摩尔磁化率曲线图。