具有光、磁和铁电性质的手性分子基稀土功能材料的构筑与研究

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分子基多功能材料是当前分子材料领域新兴的热门研究课题。多功能材料是指材料具有两种或两种以上的物理性质,例如:光学活性、铁电性、磁性、发光等性质。本论文利用稀土离子具有发光效率高,光色纯度高等优点,通过在发光的稀土β-二酮配合物中引入手性配体,设计和合成了一系列具有发光,铁电等性能的分子基稀土多功能材料。本论文的研究工作包括以下几个方面:I.合成了作为配体的两对有机化合物对映体L2NR:(-)-4,5-pinene bipyridine(1) , L2NS:(+)-4,5-pinene bipyridine (2)和L4NR:(-)-pinene pyrazine derivative (3), L4NS: (+)-pinene pyrazine derivative (4),并且通过红外光谱、质谱、核磁共振、CD谱、X-ray单晶衍射仪对其结构进行了表征。晶体结构解析得到了两对对映体的分子结构;CD谱测试结果表明两对对映体的CD谱图分别呈镜像对称关系,进一步证明了它们的对映体属性。II.以β-二酮有机化合物4,4,4-Trifluoro-1-(2-thienyl)-1,3-butanedione(Htta)为第一配体,以手性对映体L2NR:(-)-4,5-pinene bipyridine (1)和L2NS:(+)-4,5-pinene bipyridine (2)为第二配体与稀土离子反应,分别合成了新颖的三对单核的手性分子基稀土配合物对映体: Nd(tta)3·L2NR (5)和Nd(tta)3·L2NS (6), Yb(tta)3·L2NR (7)和Yb(tta)3·L2NS (8), Er(tta)3·L2NR (9)和Er(tta)3·L2NS (10)。晶体结构测试表明此系列配合物结晶于极性P21空间群,结构解析可以明显看出三对配合物的分子结构分别呈镜像对称关系;CD谱测试结果表明三对对映体的CD谱图分别呈镜像对称关系,进一步证明了它们的对映体属性;光致发光性质测试表明他们在近红外光区有良好的其特定稀土离子的特征荧光;铁电测试的结果表明他们都显示在室温下的铁电体性质。III.以β-二酮有机化合物dibenzoylmethane(Hdbm)为第一配体,以手性对映体L4NR: (-)-pinene pyrazine derivative (3)和L4NS: (+)-pinene pyrazine derivative (4)为第二配体与稀土离子反应,合成了两对双核的手性分子基稀土配合物对映体: Sm2(dbm)6·L4NR (11), Sm2(dbm)6·L4NS (12)和Eu2(dbm)6·L4NR (13), Eu2(dbm)6·L4NS (14)。晶体结构测试表明此系列配合物结晶于手性极性P21空间群,结构解析可以明显看出两对配合物的分子结构分别呈镜像对称关系;CD谱测试结果表明两对对映体的CD谱图分别呈镜像对称关系,进一步证明了它们的对映体属性;光致发光性质测试表明他们在可见光区有良好的特定稀土离子的特征荧光,铁电测试的结果表明他们都显示在室温下铁电体性质。IV.以非手性的β-二酮有机化合物acetylacetone (acac)与稀土离子反应,通过适当的合成方法和分子内的自组装,制得了两个手性的十四核簇合物Ln14(μ4-OH)2(μ3-OH)16(μ-η2-acac)8(η2-acac)16·6H2O [ Ln = Tb (15), Dy (16) ]。X-ray单晶衍射仪测试表明两种配合物结晶于极性C2空间群;光致发光性质测试表明他们在可见光区有良好的特定稀土离子的特征荧光;磁性测试表明其分子内存在稀土离子间的反铁磁耦合作用。
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