物语 | 还原态六钒酸杂化分子的结构及磁性研究

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Research Highlights

本期我们介绍的工作是湖北工业大学伍平凡教授发表在Inorganic Chemistry 上的论文Structural and Magnetical Studies of Mixed-Valence Hexavanadate Hybrids: How Organic Ligands Affect the Magnetism of Polyoxometalates?

(doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c00044)

论文简介

本工作中，研究者在有机分子修饰的杂化六钒酸分子中发现有机分子的差异会影响无机磁性单元在晶体中排列方式，从而改变磁性分子间的磁性关联，进而导致了杂化分子宏观磁性的不同，为设计单分子磁体提供了新的素材和研究模型。

摘要原文

In this Communication, we illustrate the influence of organic ligands on magnetic structure and behavior by employing a mixed-valence Lindqvist-type hexavanadate as a research platform. Through covalently attaching to different halogen-containing organic ligands, the derived hybrid materials have different magnetism compared to their parent structure. Single-crystal X-ray analyses show that the introduction of organic ligands can modify the crystal packing manners of the derivatives, leading to further changes of the interaction between magnetic units. This work demonstrates that organic functionalization can remarkably affect the magnetism of polyoxometalates by adjusting the distance and location of the magnetic fractions.

作者信息

伍平凡，湖北工业大学首届“南湖学者”特聘教授，本科和硕士毕业于华中师范大学化学系，湖北工业大学多酸材料研究所创始人，《有机化学》精品课程负责人。在国际高水平杂志Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Commun. 等发表SCI收录论文四十余篇。主要研究领域为多酸有机衍生物制备及后修饰的方法学研究，多酸光电、磁性、生物和催化活性研究。

寻幽问径

Scholar Insights

我们有幸采访到了本文通讯作者伍平凡教授，以了解她的研究思路和研究心得。

您开展这个研究的动机是什么？为什么这个方向会吸引您？

伍平凡：这个发现还是很意外的，作为课题组之前工作的延伸（Dalton Trans., 2017, 46,8505），我们最初想测试一下所合成的还原态六钒酸杂化分子的分子磁性，结果却发现这些化合物的宏观磁性跟母体并不相同，而结构表征显示它们的无机磁性单元结构与母体是完全一致的，其分子磁性的不同只能是由于有机部分的差异引起的。这个现象非常有意思，在文献中也没有看到类似的情况。为了弄清楚其中的原因，我们开展了这个研究，最终发现是因为有机部分的差异影响了无机磁性单元在晶体中排列方式，从而导致了杂化分子磁性的不同。

完成这个研究需要采取什么特殊的计算方法/实验手段？

伍平凡：结构方面，主要通过单晶X射线衍射技术确定化合物的分子结构及堆积方式，通过X射线光电子能谱（XPS）确定多酸簇中钒原子的价态及分布。磁性方面，主要通过超导量子磁测量系统（SQUID）测定样品的热磁曲线、交流磁化率等磁性数据。

研究过程中遇到的最大困难是什么？最后如何克服了？

伍平凡：单晶结构的获得。由于分子被有机修饰后，其分子间作用力存在多种：静电力，氢键，和我们额外引入的卤键等作用力。这种情况下为了确定正确的研究模型，单晶数据的获得是必要的，而生长出适合于做衍射的晶体有难度，于是一方面实验各种不同的生长办法，另一方面与该领域的专家如中科院福建物构所的何长振老师以及中科院物理所的陈龙博士探讨，最终成功。

您对研究结果满意吗？具体在什么方面取得了突破进展？

伍平凡：对目前的初步结果比较满意，发现了可以通过引入不同有机配体来改变多酸有机杂化分子中磁性单元的排列，进而影响分子的磁性，这在多酸化学中是很罕见的案例。

您的合作者如何看待这个研究的？您认为其他同行会如何看待这个研究？

伍平凡：清华大学魏永革教授认为我们的工作非常有意义，对设计单分子磁体提供了新的素材和研究模型，对接下来的实验有一定的启发性意义。

论文在投审稿过程遇到了什么让您记忆深刻的事情？

伍平凡：这篇论文的审稿和接收都非常顺利，两个审稿人给了小修后，返回编辑直接接收了。

该研究会对相关领域做出什么贡献或影响？

伍平凡：该研究表明可以通过有机修饰的方式，在不改变磁性多酸簇结构的前提下，调节和改变多酸分子的磁性；也为多酸分子的磁现象解释提供了新的模型和视角。

您将会继续深入相关的研究工作吗？有什么具体的期待？

伍平凡：关于这项研究，有一个比较遗憾的地方是由于理论水平不足，未能建立具体的物理学模型来阐明不同堆积方式对磁性的影响。今后我们一方面加强理论的研究，另一方面继续探索磁性多酸的修饰方法，得到更多有机配体影响磁性的案例，期待能够对多酸结构与磁性的关系有更深刻的理解，并获得更多新颖的多酸单分子磁体。

设计：阿泽

排版：由理

美编：农民

责编：理趣

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