单分子磁体,由于其在分子尺度展现超顺磁慢磁弛豫现象,成为下一代高密度信息存储、分子自旋电子学器件理想的候选材料。其中,分子中仅含有一个顺磁性单元的单离子磁体,因其代表了尽可能小的尺寸并且配体场环境易于设计的优点而备受青睐。本论文以构筑不同配位立体构型的单离子磁体为出发点,选取强磁各向异性且具有磁性双稳态的镝离子为自旋中心,分别选用弱场四齿氮配体、卤素阴离子和强场酚氧、氧化膦配体,利用空间位阻效应和电荷驱动效应设计、合成了系列五角双锥和八面体构型的镝单离子磁体。通过研究其配位结构与磁学性质,结合从头计算探究其内在的磁构效关系以及弛豫机制,具体研究内容如下:1、选取四齿席夫碱亚胺基配体N,N＇-双（2-亚甲基吡啶基）乙二胺（Bpen）和不同取代基的酚氧配体,依赖于配体的空间位阻效应以及电荷驱动效应,合成了四例五角双锥配位构型的镝配合物,并在保持构型的同时实现中心配体场环境的有序调控。通过对四例镝配合物的结构、磁性和从头计算进行详细的研究,阐述了它们的磁各向异性和弛豫路径的差异。通过对性能相对优异的配合物2与已报道的具有非常相似配位环境的类似配合物2’进行磁性与电子结构的对比讨论,探究显著影响磁学性质的关键性结构因素,为设计高性能五角双锥配位构型镝单离子磁体提供了借鉴。2、基于第一部分配合物2与2’对比获得的启示,为进一步提高单分子磁体磁学性质,将亚胺基配体Bpen还原为H-取代的胺基配体Hbpen,并利用该配体制备与亚氨基配合物1-3相对应的H-取代的胺基配合物5-7。研究发现,由于配体胺基氢原子易质子化,H-取代胺配体比未还原亚胺席夫碱配体具有更强的配体场强度。为进一步验证配体场差异,将配体的H原子替换为CH₃获得配体Mbpen,并制备了与1和5相类似的CH₃-取代的胺基配合物8。基于五角双锥配位构型具有明确的轴向和赤道的结构特点,通过对系列配合物详细的磁性测试与理论计算,系统地阐释了不同类型氮原子的配体场强度与磁各向异性的关系,为构筑显著磁各向异性的单分子磁体提供了配体设计指导。3、为了进一步研究弱化横向配体场强度对于显著提高磁各向异性和改善磁弛豫行为的重要性,使用大体积、低表面电荷密度的碘离子作为弱供体原子,结合中性三环己基氧膦配体在八面体框架中构筑了一例高轴向性的镝单离子磁体10。相比氧化膦配体构筑的五角双锥配合物,配合物10在不但降低横向配位数的同时降低了横向配体场强度,实现了横向配体场极弱的类线性晶体场环境。其有效能垒为1062 K,磁滞回线测试的开口温度达到9 K。此外,通过对比讨论配合物9和10的结构与磁学性质,阐明横向配体场环境中有一个强配体场对弛豫机制的重要影响。4、为了进一步认识弱化横向配体场的重要性,考虑到卤素离子随着离子半径的逐渐增大,其电负性与成键距离呈现规律性递变,使用三环己基氧膦配体为强场配体,结合不同的氯离子、溴离子和碘离子在四氢呋喃中结晶获得三例配位构型相似的八面体构型镝单离子磁体11-13。通过磁性测试与理论计算,单离子磁体的慢磁弛豫行为由场诱导的非热激活的拉曼弛豫（配合物11）转变为零场的热激活弛豫（配合物12和13）,且能够攀爬的弛豫路径逐渐升高,配合物12为第一激发态、配合物13为第二激发态。以上结果表明重卤素的配位在很大程度上能够直接减小量子隧穿,因此显著提高镧离子的轴磁各向异性。