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过去的十多年来,分子基磁性材料的研究引起了众多化学家和物理学家的兴趣。目前已经报导了大量的基于六氰金属盐的分子基磁性材料的工作。最近,八氰金属盐阴离子[M(CN)8]n-(M=Mo,W;n=3,4)作为建筑模块引起了人们的注意。相对于六氰金属盐M(CN)6n-的八面体结构,八氰金属盐根据外部环境可以存在多种结构类型(如:四方反棱柱、十二面体、双冠三棱柱等)。这种柔顺的基团可被用作多功能的超分子合成子来构筑具有各种新颖拓扑结构的超分子聚合物。这些多样的结构可能得到多样的或可调的磁性质。而且4d/5d金属离子比3d金属离子具有更加弥散的轨道,有利于得到强的磁交换相互作用。在本文中,八氰金属盐[M(CN)8]n-被用做构筑基元(BuildingBlock),分别与配位不饱和的过渡金属配合物(如:[Cu(en)2]2+,[Cu(tn)]2+,[Mn(bipy)2]2+等)反应,得到了以下3d-4d/5d双金属氰桥配位聚合物:
(1){[CuⅡ(en)2]3[WⅤ(CN)8]2·H2O}∞(三维结构,铁磁体)(2)[CuⅡ(tn)2]2[WⅤ(CN)8](OH)·H2O(二维结构,铁磁性)(3){[CuⅡ(dien)]2[wⅤ(CN)8](OH)·3H2O}∞(二维结构,铁磁性)(4){[CuⅡ(en)2][CuⅡ(en)][MoⅣ(CN)8]}n·4nH2O(三维结构,顺磁性)(5){[CuⅡ(en)2][CuⅡ(en)][wⅣ(CN)8]}n·4nH2O(三维结构,顺磁性)(6)[CuⅡ(tn)]3[WⅤ(CN)8]2·3H2O(二维结构,变磁体)(7)[CuⅡ(pn)]3[WⅤ(CN)8]2·3H2O(二维结构,变磁体)(8){[NiⅡH2O)2]2[WⅣ(CN)8]}n·4nH2O(三维结构,反铁磁性)(9){[MnⅡ(H2O)2]2[WⅣ(CN)8]}n·4nH2O(三维结构,反铁磁性)(10){[MnⅡ(bipy)(DMF)2]2[MoⅤ(CN)8]2[MnⅡ(DMF)4]}∞(一维结构,亚铁磁体)(11){[CoⅡ(DMF)4]2[WⅤ(CN)8]2[CoⅡ(DMF)4]}∞(一维结构,铁磁体)(12){[MnⅡ(bipy)(DMF)2]2[WⅤ(CN)8]2[MnⅡ(DMF)4]}∞(一维结构,亚铁磁体)并得到了一个基于[Cr(CN)6]3-的七核配合物{[MnⅢ(Salen)H2O]6[CrⅢ(CN)6]}-[CrⅢ(CN)6]·3H2O(13)。测定了它们的结构和磁性质,结果如下:
一、CuⅡ-WⅤ氰桥分子基磁体:{[Cu(en)2]3[w(CN)8]2·H2O}∞(1)(en代表乙二胺)的晶体结构分析表明该配合物通过三种CuⅡ-NC-wⅤ-CN-CuⅡ联接构成了一种三维网状结构。该结构中的基本单元可看成是一个类似立方体的W8Cu12结构,其中八个[W(CN)8]3-阴离子位于立方体的顶角,十二个[Cu(en)2]2+阳离子处于立方体的边上,并且有一个[w(CN)8]3-阴离子作为模板被包裹在此立方体所形成的空腔中。磁性质研究显示该配合物在2K以下表现出三维的长程铁磁有序。
二、使用八氰合钨盐为建筑模块合成了两个新颖的氰桥双金属组装物:[Cu(tn)2]2[W(CN)8](OH)·H2O(2)和{[Cu(dien)]2[W(CN)8](OH)·3H2O}∞(3)(tn是1,3-丙二胺;dien是二乙烯基三胺)。X-射线分析表明配合物2的结构中存在一个三核单元Cu(tn)2-N-C-W(CN)6-C-N-Cu(tn)2。通过轴向弱的Cu…N-C-W相互作用,该三核单元被连接在一起形成了一个二维层状结构。在配合物3中,沿着a和b轴的对角线方向,每一个w(CN)8基团连接着四个Cu(dien)基团。并且通过两种类型的W-C-N-Cu联接方式形成了一种无限二维层状结构。摩尔磁化率数据表明化合物2和3的磁行为是典型的铁磁性相互作用添加了弱的分子间或层间反铁磁作用。
三、两个中性的CuⅡ-MⅣ(M=Mo,w)三维氰桥双金属配位聚合物:{[CuⅡ(en)2]-[CuⅡ(en)][MⅣ(CN)8]}n·4nH2O(M=Mo4,W5)已合成得到并进行了表征。X-射线研究显示这两个配合物具有相同的结构。它们的不对称单元由两个[CuⅡ(en)2]2+阳离子(占有率0.5),一个[CuⅡ(en)]2+阳离子,和一个[MⅣ(CN)8]4-阴离子(M=Mo,W),以及四个水分子。[Cu(en)]2+中的铜原子处于一个变形的四方锥配位环境中,配位的五个氮原子来源于一个乙二胺配体和三个氰根。两个[Cu(en)2]2+中的铜原子处于倒置中心,配位环境为拉长的八面体。在邻近的两对共边的Cu2M2(CN)4(M=Mo4,w5)十二元大环之间形成了一个“盒子”,在“盒子,,中包裹了其中一个[Cu(en)2]2+阳离子。Mo/W(Ⅳ)原子被八个氰根配位,处于不规则的四方反棱柱环境中。其中的五个氰根作为桥连基团联结了Mo/W和三个Cu原子形成了三维的孔道状网络结构,并包含了一个阶梯状结构。
四、两个新颖的3d-5dCu(Ⅱ)-w(Ⅴ)氰桥化合物:[Cu(tn)]3[w(CN)8]2·3H2O(6)和[Cu(pn)]3[W(CN)8]2·3H2O(7)(tn是1,3-丙二胺,pn是1,2-丙二胺)已经被合成并进行了结构和磁性质表征。它们具有二维层状结构。磁性质研究表明它们都是变磁体。对于配合物6和7,在1.8K临界磁场(从反铁磁基态转变为铁磁态)分别为~1.25和0.35特斯拉。
五、在水热条件下,合成了两个三维3d-5d双金属氰桥配位聚合物:{[MⅡ(H2O)2]2-[WⅣ(CN)8]}n·4nH2O(M=Ni8,Mn9)。配合物8的不对称单元包含八分之一个[W(CN)8]4-阴离子,四分之一个[Ni(H2O)2]2+阳离子和半个水分子。来自于[W(CN)8]基团的八个氰根作为桥基连接w和Ni原子形成了三维网状结构。磁性质研究显示在这两个配合物中邻近的顺磁中心(Ni2+和Mn2+)通过M-NC-W-CN-M连接存在弱的反铁磁相互作用。
六、得到了一个新颖的一维氰桥双金属分子基亚铁磁体:{[MnⅡ(bipy)(DMF)2]2-[MoⅤ(CN)8]2[MnⅡ(DMF)4]}∞(10)(bipy是2,2’-联吡啶;DMF是N,N-二甲基甲酰胺)。该化合物具有一个中性的一维无限链状结构。磁性质研究表明在2.5K以下显示长程磁有序。
七、合成了两个一维的3d-5d氰桥双金属配位聚合物:{[CoⅡ(DMF)4]2-[WⅤ(CN)8]2[CoⅡ(DMF)4]}∞(11)和{[MnⅡ(bipy)(DMF)2]2[WⅤ(CN)8]2[MnⅡ(DMF)4]}∞(12)。X-射线分析表明它们的结构相似,都包含一个菱形的十二原子M2W2(CN)4(M=Co11,Mn12)单元,该单元作为一个基本的组分通过W-C-N-M-N-C-W连接在一起形成了无限的3,2-chain链状结构,并且这些链被DMF分子或2,2’-联吡啶分隔开。线性和非线性的交流磁化率测量表明在这两个化合物中存在长程铁磁有序和玻璃态行为共存现象。
八、[CrⅢ(CN)6]3-和[MnⅢ(Salen)H2O]+反应得到了一个氰桥的双金属超分子聚合物{[Mn(Salen)H2O]6[Cr(CN)6]}[Cr(CN)6]·3H2O(13)[Salen是N,N-乙烯基双(亚水杨基胺)二阴离子]。该化合物的结构由一个纳米级的球状七核[MnⅢ6CrⅢ]3+聚集体:{[MnⅢ(Salen)H2O]6[CrⅢ(CN)6]}3+,和一个[Cr(CN)6]3-阴离子组成。这两个组分被氢键和弱的π-π堆积作用连接在一起形成了一个独特的三维超分子组装。磁性质研究表明:在七核MnⅢ6CrⅢ簇中,由氰桥连接的MnⅢ和CrⅢ离子之间存在反铁磁相互作用,并且该配合物表现出短程亚铁磁行为,基态S为24/2。