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1,2—二硫烯过渡金属配合物是一种非常有用的分子材料构筑单元,在分子磁体和分子导体等设计方面具有重要意义。由于其具有扩展的离域电子体系并展现出结构、物理性质和化学性质的多样性,如电导、超导、铁磁等性质,因而吸引了人们广泛的兴趣,尤其以M(mnt)2(M为镍,钯或铂,mnt2—为马来二氰基二硫烯)为基础的分子材料因其新颖的磁学性质而越来越引起人们的关注。
本论文合成了11种新的含Ni(mnt)2阴离子和取代苄基取代吡啶鎓阳离子的离子对配合物:[HPid]2[Ni(mnt)2](1)(Pid为六氢吡啶),[BzPid]2[Ni(mnt)2](2)(Bz为苄基),[1—NaMePid][Ni(mnt)2](3)(NaMe为奈亚甲基),[2—NaMePid][Ni(mnt)2](4),[BzPyN(CH3)2][Ni(mnt)2](5)(PyN(CH3)2为4—二甲氨基吡啶),[4—NO2BzPyN(CH3)2][Ni—(mnt)2](6),[FClBzPyN(CH3)2][Ni(mnt)2](7),[1—NaMePyNH2]2[Ni(mnt)2](8)(PyNH2为2—氨基吡啶),[2—NaMePyNH2]2[Ni(mnt)2](9),[BzPyNH2][Ni(mnt)2](10)和[2—NaMePy—NH2][Ni(mnt)2](11),并用元素分析、红外光谱、紫外—可见光谱及X—射线单晶衍射对这些配合物进行了表征。测定了7个三价镍配合物3、4、5、6、7、10和11的磁学性质,初步构建了晶体结构和磁学性能的关系。
1.配合物1为三斜晶系,P—1空间群,配合物阴、阳离子间存在C—H…N,C—H…S和少见的C—H…Ni弱氢键。当阳离子一个H被苄基取代后,则配合物2为单斜晶系,P21/n空间群,分子间弱相互作用也不同于1。三价镍配合物3和4中阴、阳离子组成相同,只是萘环上亚甲基的位置不同,但是2个配合物中阴离子堆积模式和晶体中弱相互作用却有很大区别,前者的阴离子为Ni—Ni和Ni—ring两种重叠模式,后者只有Ni—ring一种重叠模式,从而导致了两种配合物磁偶合作用的不同。配合物3为抗磁性,而配合物4在高温相表现为反铁磁偶合行为,低温相表现为自旋间隙(spin—gap)特性,相转变温度为16.8 K。
2.对于含取代苄基二甲氨基吡啶阳离子的配合物,苯环上取代基的增加,有利于配合物阴离子形成一维磁链,导致阴离子磁链中Ni…Ni之间距离的不同,从而呈现出多样的磁学性质。配合物5呈反铁磁偶合,而配合物6和7具有磁转变行为,转变温度分别为170 K和55 K。
3.配合物8和9是异构体,阴、阳离子组成相同,只是萘环上亚甲基的位置不同,但它们的晶系、空间群、晶体中阴、阳离子排列方式和弱的相互作用却大不相同。配合物10中阴、阳离子在晶体中分别堆积成柱,阴离子通过Ni…S,S…C,Ni…N或π…π相互作用形成一维均匀磁链,链内阴离子表现出Ni—N重叠模式。而配合物11中阳离子通过π…π堆积作用形成一维柱状结构,阴离子则通过Ni…S,S…S或Ni…Ni相互作用形成一维交替磁链,链内阴离子表现出Ni—ring和Ring—ring两种重叠模式。阴离子重叠模式的不同,导致了两个配合物磁学性能的不同:配合物10为弱的反铁磁偶合,而配合物11则呈复杂的自旋间隙特性。
4.研究结果表明,阳离子局部结构的微调能明显改变配合物的阴、阳离子在晶体中的排列方式,特别是阴离子的重叠模式,从而影响配合物的磁学性质。