硅酸根为阴离子模板剂合成硅掺杂的3d-4f高核簇的研究

近年来，研究者们一直致力于提高3d-4f簇合物的核数。一方面，具有较高核数的簇合物一般具有一些特别的金属氧化物连接单元，某些独特的连接单元有利于3d和4f金属产生相互间的磁交换，从而令簇合物展现出优异的磁学性能；另一方面，高核簇由于其本身含有大量的金属离子，核数越高，通常具有越大的金属/配体质量比，因而具有较大的自旋密度，这样的材料一般具有较大的磁热效应。然而，由于3d和4f金属离子对同一配体的连接存在竞争关系，3d-4f高核簇（核数大于100）的合成极具挑战。

合成上述材料，阴离子模板策略是个很好的选择，其中CO₃^2-、NO₃^-、ClO₄^-这些有多个配位点的富氧阴离子，不仅可以作为小的配体与金属离子配位，还可以作为模板剂起到分散稀土离子聚集时过度集中的正电荷，从而稳定稀土簇合物。近日，南京工业大学许岩（点击查看介绍）课题组与南京大学宋友（点击查看介绍）课题组合作尝试采用硅酸根为阴离子模板剂合成了两例结构新颖的近似同构的高达142核的硅掺杂3d-4f高核簇，其金属为核心[Ln₇₈Ni₆₄₍₆₂₎Si₆]（Ln = Gd, Eu）。磁性研究发现其中含Gd的该类化合物其磁熵变-∆S_m  在3.0 K,7 T下达到最大值40.63 J kg^-1 K^-1。

由于二氧化硅同稀土氧化物的溶解条件是不相容的：稀土氧化物或3d金属离子具有好的酸溶性，而二氧化硅具有好的碱溶性，将二氧化硅引入到3d-4f高核簇中存在一定难度。该研究突破在于首次以硅酸根为阴离子模板剂，成功的将硅氧四面体引入3d-4f高核簇系列，形成一类新型的硅掺杂的新型3d-4f高核簇。晶体学结构分析表明SiO₄^4-在化合物中与Ln-O多面体连接成一种罕见的类分子筛的14元环孔道结构以稳定簇的骨架。研究发现SiO₄^4-作为模板剂，在此类材料形成中不仅起到诱导生成高核簇的作用，还起到稳定簇的作用。该成果发表在Inorganic Chemistry上，第一作者为南京工业大学博士生林清芳及南京大学博士生李晶。相关研究工作得到国家自然科学基金支持。

该论文作者为：Qing fang Lin, Jing Li , Xi ming Luo, Chen hui Cui, You Song, and Yan Xu

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Incorporation of Silicon-Oxygen Tetrahedron into Novel High-Nuclearity Nanosized 3d-4f Heterometallic Clusters

Inorg. Chem., 2018, 57, 4799–4802, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b00327

导师介绍

许岩

http://www.x-mol.com/university/faculty/11641

宋友

http://www.x-mol.com/university/faculty/11598