磁性多稳态特区形象大使选拔赛.pdf
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1、 44 Univ.Chem.2023,38(7),4450 收稿:2022-07-26;录用:2022-11-02;网络发表:2022-12-01*通讯作者,Email: 基金资助:国家自然科学基金面上项目(21971124);南开大学 2022 年本科教育教学改革项目(NKJG2022083)科普 doi:10.3866/PKU.DXHX202207128 磁性多稳态特区形象大使选拔赛磁性多稳态特区形象大使选拔赛 代婧伟1,李朝阳2,*1南开大学药物化学生物学国家重点实验室,天津 300350 2南开大学材料科学与工程学院,天津 300350 摘要:摘要:近年来,伴随着对磁性双稳态材料的深入
2、研究,一类在温度变化下具有三种或更多种稳定状态的磁性多稳态材料被发现。本文借用拟人化手法,通过形象大使选拔的舞台,介绍了五种典型的磁性多稳态配合物,在故事中穿插磁性多稳态的产生机理,生动形象地让读者了解磁性多稳态的性质。关键词:关键词:多稳态磁性材料;自旋交叉;分子磁性 中图分类号:中图分类号:G64;O6 Image Ambassador of Multistable Magnetic Materials Competition Jingwei Dai 1,Zhaoyang Li 2,*1 State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology,
3、Nankai University,Tianjin 300350,China.2 School of Materials Science and Engineering,Nankai University,Tianjin 300350,China.Abstract:In recent years,multistable magnetic materials with three or more stable states under temperature variations have been discovered with the study of magnetic bistable m
4、aterials.Here,we introduced five typical multistable magnetic complexes by anthropomorphic expression.The generation mechanism of multistable magnetism was described in the process of ambassador qualification competition.This paper will provide a vivid understanding of multistable magnetic materials
5、 for readers.Key Words:Multistable magnetic materials;Spin crossover;Molecular magnetism 在配位化学王国中,磁性分子都市由于其广泛的应用,近年来逐渐壮大。在这当中,磁性多稳态特区更是发展迅速且备受瞩目。它多姿而善变,有着神奇的应用前景。为了宣传特区之美,展现特区风采,首届磁性多稳态特区形象大使选拔赛拉开序幕,通过比赛,大家将选出具有最多变身形态的配合物分子担当形象大使,为磁性多稳态特区代言。在一片欢呼声中,二价铁配合物Fe(phen)2(NCS)2(phen为菲啰啉,图1)小姐翩翩登场,作为第一例热致自旋转
6、变配合物1,只见它身着美丽的菲啰啉外衣,发出紫色的柔暖光芒,优雅而端庄。“大家好,我是今天磁性多稳态特区形象大使选拔赛总决赛的特邀主持人,很荣幸能来见证首届磁性多稳态特区形象大使的诞生过程。本次大赛初次举办,吸引了大量磁性配合物分子参加,竞争激烈,据统计,报名参赛分子数超过了100个。经过激烈的预选赛与初赛,我们选出了5位参赛者来到今天总决赛的现场,争夺形象大使的冠军宝座,究竟花落谁家,我们拭目以待。”No.7 doi:10.3866/PKU.DXHX202207128 45 图图1 配合物配合物Fe(phen)2(NCS)2的分子结构的分子结构1 “今天,我们有幸邀请了众多著名的磁性分子担任
7、评委(图2),它们分别是,第一例自旋交叉化合物,二甲基二硫代氨基甲酸铁先生2;第一例Co的价态异构化合物,含类二同烯基团的Co配合物女士3;第一例单分子磁体,Mn12Ac先生4;第一例镧系单离子磁体,Pc2DyTBA(Pc=dianion of phthalocyanine,TBA=tetra-n-butylammonium cation)先生5;第一例单链磁体,Co(hfac)2(NITPhOMe)(hfac=hexafluoroacetylacetonate,NITPhOMe=4-methoxy-phenyl-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-
8、oxide)先生6以及具有室温自旋突变和宽热滞性质,并被开发出新一代分子显示器件的Fe(hyettrz)3A23H2O(hyettrz=4-(2-hydroxy-ethyl)-1,2,4-triazole,A=3-nitro-phenylsulfonate)分子7。让我们掌声欢迎它们的到来。”图图2 磁性分子评委的结构图磁性分子评委的结构图 “在今天的比赛开始之前,让我们有请第一例自旋交叉化合物,二甲基二硫代氨基甲酸铁先生为我们的比赛致开幕词。”随后,主持人将话筒转递给登场的评委。“大家好,我是诞生于1931年的首个磁性双稳态配合物二甲基二硫代氨基甲酸铁。在意大利化学家Livio Cambi的
9、不懈努力下,我被成功合成,开启了磁性双稳态领域的研究篇章。到今天,我见证了磁性双稳态分子一步步卓越的发展。作为分子基材料的一员,我们的性质通常由电子结构和晶体结构所决定。在自然界中,大多数分子基材料具有稳定的电子结构与晶体结构,并具有恒定的宏观物理性质。而我们双稳态分子则不然,能够在受到某些外部因素刺激的条件下,例如温度、光照或者压力的影响而发生电子结构或晶体结构的变化,展现出两种不同的稳定状态。这种变化大多数情况下是可逆的,不同稳定态间能量的差异也对应着不同的化学或物理学性质,伴随着磁性、46 大 学 化 学 Vol.38光谱、导电、介电等性质的变化。当磁性分子幻化出不同的稳定态,就诞生了我
10、们今天所在的磁性双稳态新城!根据金属离子的电子结构性质,我们又一步步建立了自旋交叉区、价态异构区和(金属间)电荷转移区。“我们磁性双稳态分子具有非常光明的应用前景,可以实现分子水平上的信息存储、光开关、热开关、传感器等功能,成为当前化学、物理和材料科学的研究热点之一。随着对磁性双稳态材料的深入研究,人们发现了一类在温度变化下具有三种或更多种稳定状态的磁性多稳态材料,并逐渐发展,形成了现在所看到的磁性多稳态特区。“相信大家都知道,对我们磁性双稳态分子来说,构成我们的金属离子、桥联配体、端基配体、阴阳离子、配位溶剂分子,甚至未发生配位的晶格溶剂分子都会对我们本身的磁性产生或多或少的影响。而对于台下
11、在座的磁性多稳态特区的居民们来说,大家应该体会更深。通过客体调控、分子排布变化等方法的灵活运用,相比于磁性双稳态分子,大家拥有了更为丰富的电子状态,展现出 多样性的鲜明特点,不但为我们的双稳态新城注入了活力,而且还能发挥多重开关功能,可以被广泛应用在具有更高效率的三进制、四进制等高效能的多进制计算机中,在理论上和实践中都有很大的价值。“在初赛的选拔中,我们见识到了很多磁性多稳态分子的独到之处,也感受到了大家对这种全新形态的向往与热情,相信今天参加总决赛的选手一定会给我们带来不一样的体验,让我们期待它们的精彩表现!”在热烈的掌声中,配合物二甲基二硫代氨基甲酸铁先生缓缓走下舞台。主持人Fe(phe
12、n)2(NCS)2小姐也很兴奋,鞠躬向配合物二甲基二硫代氨基甲酸铁老先生致以敬意,“下面我宣布,首届磁性多稳态特区形象大使选拔赛决赛正式开始。首先,让我们有请号选手8。”现场响起轻快的音乐,只见两个古灵精怪的配合物小分子在追光灯的照射下从舞台两边跑向舞台中央,这时,大家看清了它们,分别是Fe(dpp)2(BF4)2和(Bu4N)Ni(mnt)2(dpp=2,6-bis(pyrazole-1-yl)pyridine,mnt=maleonitriledithiolate)。它们跳着欢快的踢踏舞,手拉手跳进了舞台中央升起的装满液体的圆形烧杯中。这时,不知是谁在台下喊了一声,“快看,那是硝基甲烷的液体
13、,跳进去的分子不见啦。”就在大家惊慌失措之际,一个黑色的分子Fe(dpp)2Ni(mnt)22MeNO2从溶液中一跃而出,整个分子由一个Fe(dpp)22+配位阳离子和两个Ni(mnt)2配位阴离子抱在一起组成(图3)。这时候,舞台上升起了袅袅青烟,舞台温度开始慢慢降低,两个Ni(mnt)2配位阴离子不断地改变着它们拥抱的方向和位置,显示磁化率的大屏幕也在一次次改变着数值。最终,它们改变了4次形态,通过阴离子不同的聚合方式所引起的分子内部作用力的变化产生了5种不同的稳定状态。待号选手致谢离场后,主持人再次上场,“感谢号异金属配合物选手的精彩演绎,将五种形 图图3 选手的分子结构选手的分子结构(
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