中文摘要：

多功能分子材料是指一种材料兼有两种或者两种以上的功能或性质，由于这些功能或性质之间可能会产生协同相互作用和耦合，进而可导致新的物理性质和现象的出现。在自旋交叉材料研究领域中，最重要的发展趋势就是制备多功能的自旋交叉材料。本项目拟利用分子组装和晶体工程学的方法，实现液晶和自旋交叉双功能组元在分子水平的复合，得到三种类型的金属液晶体系，对其进行结构、磁学、光学、热力学稳定性等方面的表征，研究其液晶性质、自旋交叉行为与分子结构之间的相互依存、相互影响和相互作用关系。应用热力学定律，从理论上分析分子结构和介晶相变之间的关系，研究液晶性质-自旋交叉相互作用的内在机制，完善材料的各种功能和性质，从分子水平上实现对材料自旋交叉和液晶行为的调控。

结论摘要：

设计并合成了一系列六配位的锰（III）自旋交叉化合物，分子通式为[Mn(L)]X，其中L 为六齿希夫碱配体，X为各种各样的阴离子，并且得到这些化合物的单晶。磁性测量和变温单晶X射线衍射证明这些化合物中一些具有自旋交叉现象，另外一些化合物的自旋态不随温度改变，保持低自旋或者高自旋态，并且证实了理论分析。在这些化合物中，阳离子是通过六齿混合给体的希夫碱配体形成一个扭曲了的八面体几何构型，细微的结构影响决定了三价Mn中心具有可变的自旋态。伴随自旋交叉现象，提供了前所未有的晶体学观察数据例如高氯酸盐，在100K左右高自旋和低自旋锰（III）化合物阳离子等比例共存，在室温时，晶体学不同的两个锰中心都是HS，两个稍微不同的单元中只有一个在温度范围发生自旋交叉现象，另一个在20K时仍然为HS态。而其它的三氟甲磺酸盐、硝酸盐、四氟硼酸盐，由于分子间的超分子相互作用，使得金属中心的配体的苯环间具有堆积作用，这些堆积作用限制了金属中心的自旋交叉现象的发生。根据结构性能相关性分析，证明了分子间的细微的超分子结构的不同，导致了金属中心的不同的自旋态结构，同时分子内构型分析也阐明了发生自旋交叉时，分子内构型的改变要满足一定的条件。各种各样的密度泛函理论计算，验证了轴向压缩的Mn(III)的零场分裂常数D > 0，发展出以配体场为理论模型的框架。我们还得到了一系列基于六配位的单核锰（III）化合物为阳离子，例如以[Ni(dmit)2]-和[Pt(mnt)2]-为阴离子的电中性盐，[MnIII(APE)][NiIII(dmit)2] 和[MnIII(APE)][PtIII(mnt)2](CH3CN)2，并且研究其磁性质。分析了通过引入大的平面型的阴离子，可以抑制自旋交叉的产生，并且比较了实验结果。鉴于所研究的[Mn(L)]+，当配体具有长烷基链时，很难结晶，进一步得到具有液晶性质的自旋交叉材料的实验正在进行和探索中。研究所取得的主要成果有 (1) 通过大量实验的积累，已经建立若干个结构-功能（自旋转换）基元库，并以此为基础，构筑了一系列自旋转换的分子材料。 (2) 对所合成的一系列自旋转变的分子材料利用多种现代物理技术测试表征，如变温X-ray衍射实验、变温磁化率测试等，对得到的实验数据进行系统归纳，建立分子自旋转换的模型，并总结得出规律。 (3) 已发表SCI收录论文8篇。