[发明专利]一种Mn的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的技术领域，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、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、制备方法及其应用。

本发明的一种零维单分子磁体磁性材料，其特征在于，化学结构式为[Mn₂(L)₃(NO₃)]₂·(NO₃)₂，L为有机配体2-乙基-4,5-二羟甲基咪唑。

零维单分子磁体磁性材料二级结构单元为：晶体属于单斜晶系，空间群为P2(1)/n，晶胞参数为：β=96.0160°，α=γ=90°；从连接构筑的角度看，该单分子磁体有两种构型的锰，第一种构型包括两个锰分别记为Mn1、Mn1A，第二种构型包括两个锰分别记为Mn2、Mn2A，Mn1与Mn1A是构型与连接方式相同的原子，Mn2与Mn2A是构型与连接方式相同的原子，其中，Mn1与4个配体连接，Mn2与3个配体和1个硝酸根相连；其中，锰离子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，所有锰均为六配位，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：

封闭条件下，有机配体L（2-乙基-4,5-二羟甲基咪唑）与硝酸锰在乙醇或甲醇中，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)与硝酸锰的摩尔比为（0.5～3）:1，每0.1毫摩尔的有机配体L对应2-5mL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铁磁耦合作用，可用作分子基磁性材料。

本发明单分子磁体材料[Mn₂(L)₃(NO₃)]₂·(NO₃)₂，在材料方面具有铁磁性质，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[Mn₂(L)₃(NO₃)]₂·(NO₃)₂中[Mn₂(L)₃(NO₃)]₂的晶体结构图；