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摘 要

单分子磁体的历史始于一个独立的磁体[Mn₁₂O₁₂(OAc)₁₆(H₂O)₄](Mn₁₂Ac)它表现出极慢的磁弛豫，使其可以在阻挡温度（T_B）以下显示出磁滞现象，这一特性对于信息存储有着巨大潜在作用。我们可以通过研究单分子磁体来制作出尺寸更加微小，存储能力更加强大的新型的磁存储材料，所以单分子磁体在分子磁性材料的研究中具有相当重要的意义。单分子磁体最重要的性质就是在特定的低温下会产生磁弛豫效应。但是由于要利用起这一性质所需要的温度过低，一般在液氦温区，所以在日常生活中想要使用起来还存在极大的阻碍。因此，本篇论文主要研究方向就是为了合成出具有高能垒的镧系单分子磁体。

为了进一步开发该领域，重要的是获得大的能量壁垒，有助于保留两种磁性状态中的任何一种。我们要想获得这些高性能的单分子磁体，金属离子和配体的选择就至关重要，镝离子由于具有高的单离子各向异性和大的基态自旋，是合成高效翻转能垒单分子磁体的首选金属离子。为了在配合物中能保持镝离子的磁各向异性，有机配体的选择也至关重要。我们通过合成多齿吡啶类衍生物（H₃L_C）来培养出镝离子配合物单晶。最后通过红外光谱，核磁共振氢谱以及单晶衍射仪确定了最终产物的结构。

关键词：单分子磁体 镧系金属 Dy离子配合物

Research and Synthesis of Lanthanide Single Molecule Magnets

Abstract

The history of single-molecule magnets begins with a separate magnet [Mn₁₂O₁₂(OAc)₁₆(H₂O)₄](Mn₁₂Ac) which exhibits extremely slow magnetic relaxation, allowing it to exhibit hysteresis below the blocking temperature (T_b). This feature has a huge potential for information storage. We can study single-molecule magnets to produce new magnetic storage materials with smaller size and more powerful storage capacity. Therefore, single-molecule magnets are of great significance in the study of molecular magnetic materials. The most important property of a single-molecule magnet is that it produces a magnetic relaxation effect at a specific low temperature. However, since the temperature required to utilize this property is too low, generally in the liquid helium temperature zone, there is still a great hindrance to use in daily life. Therefore, the main research direction of this paper is to synthesize a lanthanide single-molecule magnet with high energy barrier.

In order to further develop the field, it is important to obtain large energy barriers that help to preserve either of the two magnetic states. In order to obtain these high-performance single-molecule magnets, the choice of metal ions and ligands is crucial. Because of their high single-ion anisotropy and large ground state spin, cerium ions are synthetic high-efficiency flip-energy single molecules. The preferred metal ion for the magnet. In order to maintain the magnetic anisotropy of cerium ions in the complex, the choice of organic ligands is also critical. We synthesized a cerium ion complex single crystal by synthesizing a multidentate pyridine derivative (H₃L_C). Finally, the structure of the final product was determined by infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance spectroscopy and single crystal diffractometry.

Keywords: single molecule magnet lanthanide metal Dy ion complex

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1单分子磁体的特性 1

1.2 单分子磁体的种类 1

1.3 镧系单分子磁体的研究 2

1.4 本课题研究的目的和意义 4

第二章 配体H₃L_C的合成与表征 6

2.1 实验原理 6

2.2 实验试剂 7

2.3实验仪器 8

2.4实验步骤 8

2.4.1 中间体H₂L’的制备 8

2.4.2 中间体Hc·3HCl的制备 10

2.5结果与讨论 13

2.5.1 DEDT（氧双（乙烷-2,1-二基）双（4-甲基苯磺酸盐））的核磁氢谱谱图分析 13

2.5.2 中间体H₂L’的核磁氢谱谱图分析 14

2.5.3 中间体H₂L’的红外光谱谱图分析 15

2.5.4 中间体2-（溴甲基）苯基乙酸酯的核磁氢谱谱图分析 16

2.5.5 中间体Hc·3HCl前体的核磁氢谱谱图分析 17

2.6 本章小结 18

第三章 单核镧系配合物的合成与表征 19

3.1 实验试剂 19

3.2 实验仪器 19

3.3 镝离子配合物的合成实验步骤 19

3.4 结果与讨论 20

3.4.1 H₂L' Dy(OAc)₃的红外光谱谱图分析 20

3.4.2 H₂L' Dy(OAc)₃的单晶衍射分析 21

3.5 本章小结 21

第四章 结论与展望 23

4.1 结论与总结 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致 谢 27

第一章 前言

1.1单分子磁体的特性

单分子磁体是一种真正意义上的具有纳米级尺寸的分子磁体^[1]，它不同于其他的金属配合物。单分子磁体它是由一些相互之间没有作用的磁性分子组成，我们完全可以通过研究单个分子呈现出来的性质来推测出晶体整体的性质。单分子磁体在近年来研究发展速度飞快，从学术角度上来讲，多种单分子磁体的研究与合成证明了经典效应和量子效应可以共存^[2]，这也为相关的学术理论提供了依据，为理论体系做出了接触的贡献。从应用角度上讲^[3]，单分子磁体的使用可以给人们的日常生活带来巨大的便利。我们可以通过单分子材料制作更小的存储元器，也因此可以有存储功能更强大的磁材料。

最近几十年来，研究设计一些满足人们需求的含有指定结构并具有特殊功效的新型材料成为了化学研究的主流^[5]。磁学是物理研究中一个非常重要的学科，同时磁性材料给我们的生活也带来了极大的便利^[6]。早在几千年前，磁体的发现就已经被载入史册，指南针的发明让人们首次大规模的利用磁体来便捷了人们的日常生活。到近几年，大到磁悬浮列车的发明使用，小到各种记忆元器件，都是磁在我们日常生活中的重要应用。

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