[发明专利]一种晶态钆基磁制冷材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种晶态钆基磁制冷材料及其制备方法，晶态钆基磁制冷材料的分子式为[Gd(L)(DMF)(H₂O)₂]_n(其中，L^3‑=反式乌头酸根阴离子，DMF=N,N‑二甲基甲酰胺)，单晶结构具有二维层状结构，其不对称构筑单元包含一个三价钆离子、一个三价反式乌头酸根配体、一个DMF分子和两个末端配位水分子。制备方法如下：将硝酸钆、反式乌头酸的水溶液加入反应瓶中，然后加入DMF，在搅拌的条件下逐滴加入氢氧化钠水溶液将体系的pH调到2.2~3.0，搅拌5~10min后密封，在85~100℃的恒温条件下加热20~48h，冷却至室温，过滤、干燥得到钆基磁制冷材料。本发明的合成和提纯方法简单，成本低廉，磁制冷性能良好，作为磁制冷剂在低温制冷领域具良好的应用前景。

技术领域

本发明属于低温制冷技术领域，具体涉及一种低温磁制冷材料：[Gd(L)(DMF)(H₂O)₂]_n(其中，L为反式乌头酸根阴离子，DMF为N,N-二甲基甲酰胺)，及其制备方法以及其作为磁制冷剂在低温磁制冷领域的应用，属于低温制冷技术领域。

背景技术

进入21世纪，世界各国对节能和绿色环保非常重视，而磁制冷技术具有绿色环保、高效节能、噪声小、设备可靠稳定等优点，恰好满足了资源、能源和环境成本的要求，是一种具有广阔发展前景的无污染的绿色环保制冷技术，近年来，受到了世界各国的高度重视及广泛研究。

自从2000年人们对分子基磁制冷材料进行研究以来,经过十几年的发展，国内外学者已经设计合成了系列基于铁、锰、钆等过渡、稀土金属分子基磁制冷剂。一般来说，理想的分子基磁制冷材料应具有大的基态自旋S、尽可能小的磁各向异性、低能量的激发自旋态、金属离子之间尽可能是铁磁或亚铁磁耦合，使铁磁交换占主导及大的磁密度或小的配体/金属质量比。[Acc.Chem.Res.2015,48,2834-2842；Inorg.Chem.2015,54,153-160]鉴于以上条件,在分子基磁制冷材料的设计研制过程中，一般选用具有较大基态自旋的稀土离子Gd³⁺或过渡金属离子Mn²⁺、Fe³⁺等，以及磁各向异性较小或可忽略的Cu²⁺、Ni²⁺等离子。在各种金属离子中，稀土Gd³⁺离子具有最大的基态自旋，并且各向同性，因此，稀土Gd³⁺离子是研制分子基磁制冷剂的理想选择。

发明内容

本发明的目的旨在开发一种新型晶态钆基磁制冷材料，同时提供此制冷材料的制备方法及其作为磁制冷剂在低温制冷领域的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种晶态钆基磁制冷材料，所述晶态钆基磁制冷材料的分子式为[Gd(L)(DMF)(H₂O)₂]_n(其中，L为反式乌头酸根阴离子，DMF为N,N-二甲基甲酰胺)，且晶态钆基磁制冷材料的单晶结构具有二维层状结构，所述的二维层状结构的不对称构筑单元为一个三价钆离子、一个三价反式乌头酸根配体、一个DMF分子和两个末端配位水分子。

所述的晶态钆基磁制冷材料的制备方法，步骤如下：将硝酸钆、反式乌头酸的水溶液加入反应瓶中，然后加入DMF，在搅拌的条件下逐滴加入氢氧化钠水溶液，将体系的pH调到2.2～3.0，搅拌5～10min后密封，在85～100℃的恒温条件下加热20～48h，冷却至室温，过滤、室温干燥得到所述钆基磁制冷材料。

所述硝酸钆与反式乌头酸的物质的量之比为1:2～20。

以0.2mmol硝酸钆基准，所述DMF的用量为2～10mL。

以0.2mmol硝酸钆为基准，所述氢氧化钠水溶液的浓度为0.1～2.0mol/L。