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由于单分子磁体在多个领域,如超高密度存储、量子计算、自旋电子学等具有潜在的应用而受到了研究者的广泛关注。其中稀土离子因具有未淬灭的轨道角动量和本征的磁各向异性而成为近年来单分子磁体关注的热点。目前稀土单分子磁体的研究方向主要集中在改善稀土离子的晶体场和提高磁相互作用来构筑具有高能垒(Ueff)、高阻塞温度(TB)的单分子磁体。尽管镧系单分子磁体的阻塞温度和有效能垒记录不断的刷新(目前最高值分别为80 K和1541 cm-1),但仍没有达到可以应用的条件。此外,调控稀土单分子磁体的性能以及探究不同类型单分子磁体的弛豫机理也是分子磁体研究的重要组成部分。在本论文中,一方面我们通过调控阴离子、pH值、反应比例等方法合成了几个不同体系的多组分稀土单分子磁体,这些单分子磁体中包含多步弛豫过程、手性等特征。另一方面,我们设计合成了三例具有五角双锥过渡金属中心的3d-4f单分子磁体,并对它们的结构和磁性关系进行了深入的探讨。主要研究成果如下:1.合成并表征了一系列阴离子调控的稀土单分子磁体,并研究了它们结构和磁性。我们设计合成了一个多齿席夫碱配体L1,并利用该配体与不同阴离子(NO3-、Cl-、OTf-的稀土盐反应,成功制备了八个稀土化合物(1Dy-8Yb)。通过调节反应中配体与硝酸镝的摩尔比例,分别得到了单核化合物1Dy和双组分化合物2Dy。单晶X射线表明,化合物1Dy的DyⅢ离子中心为十配位的Sphenocorona J87多面体构型。2Dy的晶胞中包含两个1Dy的阳离子组分和一个[Dy(N03)5]2-阴离子组分,化合物5Tb-8Yb与2Dy同构。3Dy和4Dy中,配位阴离子OTf-的配位能力稍强于Cl-离子,这使得稀土中心配位构型由带帽四方反棱柱变为Muffin构型。交流磁化率测试表明,化合物1Dy-4Dy和7Er都具有场诱导慢磁弛豫行为。化合物1Dy和2Dy晶格组分和分子排布方式的不同导致了两个化合物弛豫过程的差别。此外,不同的配位阴离子不仅影响着稀土中心离子的配位环境,而且可以改变晶格中分子的排布方式,这些作用对体系的磁性都具有显著的影响。2.设计合成了五例多核稀土化合物,并探究了稀土单分子磁体中的多步弛豫过程。我们合成了富氧和富氮的多齿席夫碱配体H5L2,通过调节配体、稀土盐和三乙胺的比例,分别得到了双核化合物9Dy,七核化合物11Dy和双组分化合物10Dy、12Tb、13H。在10Dy的单晶结构中包含了9Dy的基本单元,另外还有一个“碟状”七核镝的基本单元。化合物11Dy的晶体结构中包含七个稀土DyⅢ中心,遗憾的是并没有形成10Dy结构中的“碟状”结构。化合物1211和13H。与10Dy同构。交流磁化率测试表明,零场下化合物9Dy和11D[在高频区(1～10kHz)具有频率依赖,而化合物1ODy表现出三步弛豫过程。零场和加场下12Tb和13Ho都没有表现出慢磁弛豫行为。磁性分析表明,10Dy中0.1～1 kHz频率之间的两步弛豫过程主要来源于七核Dy7单元,而高频区弛豫过程则来源于双核Dy2单元。3.构筑了具有[2×2]格子状的稀土单分子磁体,以探究金属中心之间的磁耦合作用以及磁-构关系。通过设计合成的多“口袋”配体H4L3与不同的氯化稀土盐在甲醇中反应,分别得到了四个结构不尽相同的格子状四核化合物14Dy,15Tb,16Ho和17Yb。由于配位溶剂,配位阴离子和配体扭转方式的不同,化合物14Dy-16H。的最小不对称单元中都出现了两个四核结构单元,稀土中心具有八配位和九配位两种配位环境。然而对于化合物17Yb,其最小不对称单元中只含有一个四核结构单元。17Yb中Yb111离子中心分别具有七配位的五角双锥和八配位的三角十二面体两种配位构型。交流磁化率测试表明,化合物14Dy为零场单分子磁体行为,17Yb具有场诱导慢磁弛豫行为,而化合物15Tb和16Ho在零场和加场条件下都没有表现出单分子磁体行为。其中17Yb是为数不多的多核稀土YbⅢ单分子磁体。4.合成并探究了三个双核杂金属化合物MⅡLnⅢ的结构和磁性,化合物的分子式为[MnⅡLnⅢ(H2L4)(CH3OH)2(NO3OA](NO3)·S(M = Co,Ln = Dy,S = MeOH(18CoDy);M=Zn,Ln=Dy,S=MeOH(19ZnDy);M=Co,Ln=Y,S=MeNO2(20Coy),H4L4=2,6-diacetylpyridine bis[2-(semicarbazono)propionylhydrazone)。我们设计合成了分别适合3d和4f金属中心的双“口袋”(N302和N204)配体H4L4以构筑3d-4f杂金属化合物。单晶结构测试表明三个化合物都具有相似的结构,其中3d金属中心具有五角双锥配位构型,4f稀土中心具有十四面体配位构型。磁性测试表明化合物18CoDy中,CoⅡ和Dy11Ⅲ离子之间为铁磁相互作用,并且三个化合物都具有场诱导慢磁弛豫行为。此外,理论计算表明尽管抗磁Zn2+离子取代顺磁性Co2+离子只是轻微地改变了 Dy3+离子的局部磁各向异性,但Co-Dy之间弱的磁相互作用降低了有效能垒。这些化合物是首次报道的含有五角双锥过渡金属中心的杂金属3d-4f单分子磁体。