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精细化工国家重点实验室与德国卡尔斯鲁厄理工学院合作

时间:2016-12-13 10:43来源: 作者:精细化工国家重点实验室 点击:

 

精细化工国家重点实验室与德国卡尔斯鲁厄理工学院合作

金属-有机骨架薄膜材料的磁性研究取得新进展

我校“海外学术大师”项目学者,德国科学院院士、卡尔斯鲁厄理工学院功能界面研究所所长Christof Wöll教授,近期在磁性金属-有机骨架薄膜材料的研究领域取得了重大进展。相关研究结果以Linear Chains of Magnetic Ions Stacked with Variable Distance: Ferromagnetic Ordering with a Curie Temperature above 20 K为题,发表在Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55 , 12683-12687. 该研究工作是由Christof Wöll教授带领卡尔斯鲁厄理工学院的博士生Stefan Friedländer与精细化工国家重点实验室孙立成教授团队的刘进轩副教授合作共同努力完成的。

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金属-有机骨架是一类通过金属配体和有机分子配体配位而成的多孔晶体材料,具有孔径可控、物理与化学性质可控修饰且结构高度有序,因此,作为一种潜在的超分子磁体在自旋电子学和数据存储领域有着巨大的应用潜力。传统观点认为在一维体系中,短程有序沿链传递只有在0 K时才能成为分子磁体,因此如何能有效连接磁性链成为三维网络结构以观测宏观磁学行为一直是研究的热点。

本工作采用液相外延分步生长法将金属Cu2+和对苯二甲酸(BDC)进行配位,在羧基修饰的基底上制备了单一(001)取向的表面金属-有机骨架薄膜Cu-BDC,利用EPRSQUID对该薄膜的磁性进行了系统研究。研究结果发现,在极弱磁场(B=10 mT)下,铁磁相变温度(Tc)为18 K。通过ab initioBorn–Oppenheimer 分子动力学计算表明,与传统的”paddle-wheel”结构中Cu2+排布相比表面金属-有机骨架薄膜CuBDC中的Cu2+是一种非常规一维线性拉链式排布。和其他已报导的强场诱导铁磁相变金属-有机骨架材料相比(Fe-MOF-74, B=2T, Tc=13 K), 本工作制备的表面金属-有机骨架薄膜CuBDC首次实现了弱场诱导的铁磁相变(CuBDCB=10mT, Tc=18 K

Christof Wöll教授与刘进轩副教授曾在制备金属-有机骨架薄膜材料及其光电转换的领域开展了前期的合作研究(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1. (VIP, Front Cover); J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 12739. (Hot paper, Inside Front Cover))。在此基础上,本项目研究合成了一系列具有不同堆积距离的表面金属-有机骨架薄膜材料,通过改变有机分子的长度实现了对金属离子距离的调控。通过详尽的实验、结构表征及理论计算,研究表面金属-有机骨架薄膜材料磁性形成的机制。这一研究成果为今后人们研究金属-有机骨架薄膜材料用于自旋电子学和数据存储具有重要的意义。


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