Influence of lattice water molecules on the magnetization dynamics of binuclear dysprosium(iii) compounds: insights from magnetic andab initiocalculations

从头算量子化学方法 从头算 化学 磁化 分子 结晶学 单分子磁体 离子 磁场 无机化学 物理 量子力学 有机化学
作者
Jiyuan Du,Shilong Wei,Zhijie Jiang,Hongshan Ke,Lin Sun,Yi‐Quan Zhang,Sanping Chen
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (16): 11717-11724 被引量:8
标识
DOI:10.1039/d2cp06074d
摘要

Lattice water effects on the structures and magnetic properties of single-molecule magnets (SMMs) have attracted considerable attention. Herein, we have successfully synthesized two centrosymmetric binuclear compounds [Dy2(2,3'-ppcad)2(C2H3O2)4(H2O)2] (1) and [Dy2(2,3'-ppcad)2(C2H3O2)4(H2O)2]·6H2O (2) (2,3'-Hppcad = N3-(2-pyrazinyl)-3-pyridinecarboxamidrazone) by elaborately varying the amount of the base (LiOH·H2O). Through isothermal titration calorimetry (ITC), the interactions between DyIII ions and 2,3'-Hppcad with different amounts of LiOH·H2O were monitored in real time. Magnetic studies reveal that two compounds exhibit the typical zero-field single-molecule magnet behavior with different energy barrier (Ueff) values of 103.43 K for 1 and 386.48 K for 2, wherein the SMM performance for 2 stands out among the reported nine-coordinated Dy2-SMMs systems with spherical capped square antiprism (C4v) geometries. To rationalize the observed difference in the magnetic properties of 1 and 2, ab initio calculations have been performed. The introduction of lattice water molecules leads to differences in the J values observed for 1 and 2. The stronger antiferromagnetic DyIII-DyIII couplings in 2 were presented and the fast quantum tunneling of magnetization was further suppressed, thereby achieving a higher Ueff value. This work provides an effective strategy to enhance the SMM performance, and combines with ab initio calculations to explain how lattice water molecules can affect the magnetic interactions of Dy2-SMMs.
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