两种基于间苯二甲酸及其衍生物的低维磁性材料的合成、结构及磁性研究

作     者：贾弯弯 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王振兴

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 081704[工学-应用化学] 0808[工学-电气工程] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 

主      题：低维磁性材料 间苯二甲酸 5-甲氧基间苯二甲酸 水热合成 反铁磁 电子顺磁共振 

摘      要：磁性材料广泛应用于我们的日常生活中,比如交通、生产、医疗、航天航空、存储以及生活用品等,因此获得性能优良的磁性材料具有非常重要的意义。自从发现高温超导以后,合成具有有趣磁现象的新型低维磁性材料成为材料化学和材料物理学备受欢迎的研究热点之一。由于存在量子效应,低维磁性材料会表现出丰富有趣的磁现象,因而受到研究者的重视。低维磁性材料可以由自旋载体和有机配体来合成的,自旋载体主要包括过渡金属离子、锕系、镧系等磁性金属离子;在配体的选择方面,有机羧酸配体作为多齿桥连配体已经被广泛应用于金属-有机化合物的合成中。羧酸类配体是一种多齿桥联含O配体,能够以多种方式与金属配位从而形成结构丰富的低维磁性化合物。羧基配合物具有独特的性质、丰富多样的配位模式和不同寻常的光电效应,因此在非线性光学材料、磁性材料、超导体材料、催化等许多领域具有广阔的应用前景。本论文结合间苯二甲酸(IPA)及其衍生物配位模式的多样性,围绕低维量子磁性材料的设计与合成展开研究,利用水热法以间苯二甲酸和过渡金属离子为框架成功合成出两个新型的低维量子磁性材料化合物。通过X射线单晶衍射法和X射线粉末衍射法(XRD)确定它们的晶体结构和纯度,并利用磁性测量和电子顺磁共振(EPR)表征方法详细研究了它们的磁学性质,主要内容包括:***(IPA)(HO)的合成和磁性研究利用一个具有较大自旋能隙的化合物Cu(IPA)(DMF)(HO)为模型,用过渡金属离子和间苯二甲酸结合为结构框架,通过改变磁性离子、反应物配比、温度和p H值进行水热合成并不断尝试,成功合成了具有新型结构的化合物Cu(IPA)(HO)。XRD测试结果表明所合成的样品为纯相,结构分析表明化合物Cu(IPA)(HO)为孤立的二聚体结构,二聚体和二聚体之间通过π-π相互作用形成二维层状结构。与原模型的二聚体相似,由于二聚体间的距离较远,与二聚体内部的相互作用相比,二聚体之间的相互作用几乎可以忽略。磁性测试表明Cu(IPA)(HO)的基态是反铁磁态。2.[Co(CHO-ip)(COOH)(HO)]的合成和磁性研究与化合物Cu(IPA)(HO)类似,以过渡金属钴为中心离子和以5-甲氧基间苯二甲酸(CHO-Hip)为配体的化合物[Co(CHO-ip)(COOH)(HO)]同样是利用化合物Cu(IPA)(DMF)(HO)为模型,并利用水热法合成的。XRD测试结果表明所合成的样品为纯相,结构分析表明化合物[Co(CHO-ip)(COOH)(HO)]为螺旋链结构,每个螺旋链又通过5-甲氧基间苯二甲酸配体通过双齿配位方式连接在ab面上进一步形成二维层状结构。磁性测试表明[Co(CHO-ip)(COOH)(HO)]的基态也是反铁磁态。