一种提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法。所述方法为将金属富勒烯分子磁体分散到有机多孔材料的孔道中。所述有机多孔材料为金属有机骨架化合物材料或共价有机骨架化合物材料。磁性测试结果表明，分散在有机骨架化合物中的金属富勒烯分子磁体具有更高阻塞温度和更大磁化强度。本发明专利技术方法能够有效地提高金属富勒烯单分子磁体性能。

Method for improving performance of metallic fullerene single molecule magnet

The invention relates to a method for improving the performance of a metallic fullerene single molecule magnet. The method is to disperse the metal fullerene molecular magnet into the channel of the organic porous material. The organic porous material is a metal organic framework compound material or a covalent organic matrix compound material. Magnetic measurements show that the metal fullerene molecules dispersed in organic frameworks exhibit higher blocking temperature and greater magnetization. The method of the invention can effectively improve the performance of the metal fullerene single molecule magnet.

【技术实现步骤摘要】
一种提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法
本专利技术属于金属富勒烯磁性材料领域，具体涉及一种提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法。
技术介绍
目前，内嵌金属富勒烯分子以其独特的嵌套结构和优异的物理化学性质倍受人们重视，已经成为当今物理、化学、材料及生命科学等领域的重要功能材料。金属富勒烯及其衍生物在量子信息处理、太阳能受体、核磁共振成像造影剂、抗肿瘤药物等方面具有广泛的应用。金属富勒烯可以内嵌有包括Dy、Ho、Tb等的稀土元素。以Dy代表的这些稀土离子含有多个未配对f电子，f电子使得这些金属富勒烯分子具有顺磁特性。近年来，人们发现内嵌Dy的金属富勒烯固体在低温下表现出单分子磁体的特征，即从顺磁性分子转变为具有磁滞的分子磁体。因为单分子磁体代表了磁性存储器件的最小尺度，使其在高密度信息存储、量子计算机等领域具有潜在的应用前景。因此，研究金属富勒烯的单分子磁体性质具有重要意义。2012年，DySc2N@C80的单分子磁体性质被公开报道，结果表明在低于4K时该分子出现磁滞现象。随后，Dy2ScN@C80等其他单分子磁体被研究并报道。需要指出的是，这些磁性结果均是基于金属富勒烯的固态粉末测试得到的。在单分子磁体的研究中，获得更高阻塞温度和更大磁化强度的单分子磁体是人们不断追求的目标。因此，设计新的金属富勒烯单分子磁体体系、提高磁各向异性、降低分子间反铁磁耦合成为研究的主要思路。由于传统的磁性测试都是基于金属富勒烯的固态粉末，这其中有很多问题，比如分子之间相互靠近，必然会有反铁磁耦合导致磁性减弱。因此，设计和制备分散金属富勒烯单分子磁体的方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法。本专利技术的方法能够增大分子磁体的磁各向异性、提高阻塞温度等磁体性能。本专利技术所提供的提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法，为：将金属富勒烯分子磁体分散到有机多孔材料的孔道中，即可。所述有机多孔材料具体可为金属有机骨架化合物材料或共价有机骨架化合物材料。所述金属有机骨架化合物材料是由芳香性有机配体与金属离子形成，具有直径在0.8nm以上的孔道或孔笼。所述的芳香性有机配体包括对苯二甲酸(H2BDC)、均苯三甲酸(H3BTC)、4,4-三联苯二羧酸(tpdc)、芘-2,7-二羧酸(bpdc)、2,6-萘二甲酸(ndc)等及其衍生物；所述的金属离子选自下述至少一种：Na+、Zn2+、Mg2+、Al3+、Cr3+等非磁性离子。所述共价有机骨架化合物材料是以有机硼酸自缩合或与含羟基的有机物共缩合制得的高分子材料。所述共价有机骨架化合物材料的孔径分布在0.8纳米至3纳米之间。所述有机硼酸具体可为：对苯二硼酸(BDBA)、1,3,5-苯三硼酸(BTBA)及其衍生物；所述含羟基的有机物具体可为：六羟基苯并菲(HHTP)、1,2,4,5-四羟基苯(THB)及其衍生物；所述金属富勒烯分子磁体包括含有Dy、Ho、Tb等元素的金属富勒烯分子磁体，分子式为M@C2n、M2@C2n、M2C2@C2n、M3N@C2n，其中M为Dy、Ho、Tb元素中的一种，n＝30～50；以及DySc2N@C80、Dy2ScN@C80、HoSc2N@C80、Ho2ScN@C80、TbSc2N@C80、Tb2ScN@C80、DyHo2N@C80、Dy2HoN@C80、DyTb2N@C80、Dy2TbN@C80。所述将金属富勒烯分子磁体分散到有机多孔材料的孔道中的具体操作为：在制备所述有机多孔材料的前体母液中加入所述金属富勒烯分子磁体，通过共结晶得到含有有机多孔材料-金属富勒烯分子磁体复合物的体系。所述方法中，所述金属富勒烯分子磁体的加入方法是先将其溶解在甲苯、邻二氯苯、邻二甲苯等溶剂中，再将得到的溶液与制备所述有机多孔材料的前体母液混和。所述将金属富勒烯分子磁体分散到有机多孔材料的孔道中的具体操作还可为：先制备出所述有机多孔材料，将其浸泡在金属富勒烯分子磁体的溶液中，缓慢吸附得到含有有机多孔材料-金属富勒烯分子磁体复合物的体系。其中，所述有机多孔材料可通过溶剂热法、微波法等制备。所述操作还可包括对得到的含有有机多孔材料-金属富勒烯分子磁体复合物的体系进行后处理，所述后处理的操作如下：将上述得到的含有有机多孔材料-金属富勒烯分子磁体复合物的体系过滤并收集固体，接着用有机溶剂冲洗复合物去除表面残留的杂质，最后干燥，即可得到有机多孔材料-金属富勒烯分子磁体复合物。上述方法中，所述金属富勒烯分子磁体在所述有机多孔材料-金属富勒烯分子磁体复合物中的负载量为：按质量百分比计，0.05％-10％。使用超导量子干涉仪(SQUID)研究所得到的有机多孔材料-金属富勒烯分子磁体复合物的磁性，获得磁化(M-H)曲线以及磁化率(χ-1-T)曲线。磁性测试结果表明，分散在有机骨架化合物中的金属富勒烯分子磁体具有更高阻塞温度和更大磁化强度，如在有机骨架化合物中的DySc2N@C80阻塞温度提高到10K，即在10K以下具有磁滞效应，而纯固体(DySc2N@C80)仅在5K以下具有磁滞。另外，在有机骨架化合物中的DySc2N@C80还表现出了高的矫顽力和饱和磁化强度。这是因为金属富勒烯分子磁体的固态粉末中，分子之间相互靠近，会有反铁磁耦合导致磁性减弱。因此，这种利用主客体组装将金属富勒烯分子磁体分散到有机多孔材料的孔笼里是一个很好的提高金属富勒烯分子磁体磁性的方法。另一方面，在这些有机多孔材料孔笼中的DySc2N@C80获得了很高的磁灵敏度，比如0.02mg的DySc2N@C80固体粉末用SQUID在5K下几乎看不到磁滞，而将0.02mg的DySc2N@C80分散到有机多孔材料中时在5K下则能得到很好的磁化曲线并观测到磁滞效应。附图说明图1为MOF-177粉末的XRD谱图。图2为TbSc2N@C80@MOF-177复合物的XRD谱图。图3为DySc2N@C80固体粉末(2mg)的在10K下的磁化曲线。图4为DySc2N@C80固体粉末(0.02mg)的在10K下的磁化曲线。图5为DySc2N@C80@MIL-101复合物(含有0.02mgDySc2N@C80)的在10K下的磁化曲线。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行说明，但本专利技术并不局限于此。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂、生物材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。其中TbSc2N@C80、DySc2N@C80源于自制，制备方法采取电弧放电法，即将含有Tb(或Dy)、Sc、石墨的复合碳棒作为阳极，石墨盘作为阴极，在200Torr氦气的腔体中电弧放电，电流控制在130A左右，得到含有金属富勒烯的碳粉。将所得到的碳粉用甲苯提取，用高效液相色谱进行分离，使用飞行时间质谱仪进行检测，最终得到目标产物。实施例1将0.19g六水合硝酸锌和0.038g1,3,5-三(4-羧基苯)苯甲酸溶解在10mLDEF中，超声30分钟，待变成透明的溶液时，加入1mL的TbSc2N@C80的甲苯溶液(含0.02mgTbSc2N@C80)，然后将此混合溶液置于反应釜中反应共结晶24小时，温度设定为100度，冷却后，反应釜壁上有深色固体析出，所得固体用甲苯洗涤三次后真空干燥。得到的固体为MOF-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法，为：将金属富勒烯分子磁体分散到有机多孔材料的孔道中。

【技术特征摘要】
1.一种提高金属富勒烯单分子磁体性能的方法，为：将金属富勒烯分子磁体分散到有机多孔材料的孔道中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述有机多孔材料为金属有机骨架化合物材料或共价有机骨架化合物材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述金属有机骨架化合物材料是由芳香性有机配体与金属离子形成，具有直径在0.8nm以上的孔道或孔笼。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述芳香性有机配体包括对苯二甲酸、均苯三甲酸、4,4-三联苯二羧酸、芘-2,7-二羧酸、2,6-萘二甲酸及其衍生物；所述金属离子选自下述至少一种：Na+、Zn2+、Mg2+、Al3+、Cr3+及其他非磁性离子。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述共价有机骨架化合物材料是以有机硼酸自缩合或与含羟基的有机物共缩合制得的高分子材料，孔径分布在0.8纳米至3纳米之间。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述有机硼酸为：对苯二硼酸、1,3,5-苯三硼酸及其衍生物；所述含羟基的有机物为：六羟基苯并菲、1,2,4,5-四羟...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春儒，王太山，李永建，蒋礼，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11