Координационные полимеры железа(II), обладающие гистерезисным спиновым переходом: от фундаментальных исследований к практическому применению

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-73-00277

НазваниеКоординационные полимеры железа(II), обладающие гистерезисным спиновым переходом: от фундаментальных исследований к практическому применению

Руководитель Виноградова Катерина Александровна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В.Николаева Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-203 - Химия координационных соединений

Ключевые слова Комплексные соединения, координационные полимеры, железо(II), 4-амино-1,2,4-триазол, спиновый переход, гистерезис, кооперативность, кинетика, термохромизм, материалы, полимерные плёнки

Код ГРНТИ31.17.29

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение проблемы синтеза координационных соединений, демонстрирующих кооперативный спиновый переход с термическим гистерезисом и создания материалов на основе таких соединений. Синтез таких соединений актуален в связи с тем, что состояние системы в области термического гистерезиса зависит от пути достижения температурного интервала, в котором находится гистерезис. Таким образом, в этом диапазоне температур система является бистабильной, что даёт принципиальную возможность осуществлять переключение из одного спинового состояния в другое светом. Наличие термического гистерезиса в литературе связывается с наличием высоких активационных барьеров между низкоспиновым и высокоспиновым состояниями. К сожалению, экспериментальные оценки энергии активации спинового перехода практически отсутствуют, а имеющиеся теоретические модели (например, модель Слихтера-Дрикамера) дают сильно заниженные оценки. Это состояние дел связано с тем, что такая область, как исследование кинетики спинового перехода в области петли термического гистерезиса, только начинает развиваться. Поэтому работы по исследованию кинетики переключения системы из одного состояния в другое в настоящее время являются в высшей степени актуальными. Следующий момент, связанный с актуальностью данной работы, относится к возможности создания магниторезистивной памяти на основе соединений, проявляющих спиновый переход. В отличие от других типов памяти, магнитнорезистивная память записывает информацию при помощи магнитных моментов и является энергонезависимой. Наконец, соединения, обладающие спиновым переходом и связанным с ним изменением окраски – термохромизмом ¬– интересны как термохромные индикаторы. Однако важной проблемой в данной области остаётся создание материалов на основе комплексов, проявляющих спиновый переход. Это связано с тем, что использование вещества, обладающего спиновым переходом, в виде порошка крайне неудобно. Такое неудобство ставит перед исследователями задачу по созданию материалов на основе комплексов со спиновым переходом. Сложность, присутствующая в синтезе соединений, обладающих кооперативным спиновым переходом с гистерезисом, связана с тем, что кооперативные взаимодействия в твёрдой фазе связаны с различными факторами, действующими совокупно. Это приводит к тому, что характер спинового перехода и наличие гистерезиса являются труднопредсказуемыми при синтезе одноядерных комплексов. Однако работа с полиядерными соединениями приводит к большей степени предсказуемости, поскольку в полиядерных соединениях кооперативность в значительной степени связана с ковалентными мостиками между активными центрами – ионами металла. Научная новизна нашего проекта связана с созданием нового подхода к решению проблемы направленного синтеза комплексов, обладающих гистерезисным спиновым переходом. Это подход основывается на синтезе гетероанионных комплексов железа(II) с мостиковыми лигандами – производными 1,2,4-триазола. Благодаря мостиковой функции 1,2,4-триазолов комплексы Fe(Trz)3(A1)x(A2)y (Trz = 1,2,4-триазольный лиганд, A1 и A2 – анионы) будут иметь 1D-полимерное цепочечное строение. Комплексы железа(II) с 1,2,4-триазолами известны как соединения, часто обладающие резким кооперативным спиновым переходом. Однако, синтез гетероанионных комплексов на основе комплексов с 1,2,4-триазолами представляет практически неисследованную область, которая, тем не менее, потенциально имеет практически неограниченные возможности для синтеза соединений, обладающих кооперативным спиновым переходом. Новизна проекта связана также с исследованиями кинетики спинового перехода в 1D-полимерных комплексах железа(II) в области петли термического гистерезиса. Полученные кинетические данные позволят нам не только оценить энергию активации спинового перехода, но и определить наиболее вероятный механизм перехода. Полученные нами 1D-полимерные комплексы железа(II) будут использованы нами как активные компоненты для создания полимерных термохромных материалов на основе спинового перехода.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Катерина Виноградова, Денис Пищур, Илья Корольков, Марк Бушуев Prototypical iron(II) complex with 4-amino-1,2,4-triazole and its composites with polystyrene: an unexpected impact of water on thermal hysteresis III International Conference "Spin Physics, Spin Chemistry, Spin Technology, Novosibirsk, III International Conference "SPIN PHYSICS, SPIN CHEMISTRY AND SPIN TECHNOLOGY (SPCT-2018), P 127. 10-15.09.2018, Novosibirsk, Russia (год публикации - 2018)

2. Виноградова К.А., Пищур Д.П., Корольков И.В., Бушуев М.Б. Magnetic properties and vapochromism of a composite on the base of an iron(II) spin crossover complex Inorganic Chemistry Communications, T. 105, Стр. 82-85 (год публикации - 2019)
10.1016/j.inoche.2019.04.035

3. Виноградова К.А., Коротаев Е.В., Бушуев М.Б. Гетероанионные координационные полимеры железа(II) с 4-амино-1,2,4-триазолом, обладающие гистерезисным спиновым переходом Горячие точки химии твердого тела: от новых идей к новым материалам (год публикации - 2019)

4. Бушуев М.Б., Виноградова К.А. Спиновый переход и полиморфизм в полимерном комплексе нитрата железа(II) с 4-амино-1,2,4-триазолом Горячие точки химии твердого тела: от новых идей к новым материалам (год публикации - 2019)

5. Виноградова К. А., Коротаев Е. В., Бушуев М. Б. Гетероанионные координационные полимеры железа(II) с 4-амино-1,2,4-триазолом, обладающие спиновым переходом Неорганические соединения и функциональные материалы (год публикации - 2019)

6. Виноградова К.А., Пищур Д.П., Комаров В.Ю., Л.Г. Лавренова, М.Б. Бушуев Cooperative spin transition in a 1D-polymeric complex [Fe(4-ethyl-1,2,4- triazole)3]SiF6·nH2O Inorganica Chimica Acta, Т. 506, С. 119560. (год публикации - 2020)
10.1016/j.ica.2020.119560

7. Виноградова К.А., Андреева А.Ю., Пищур Д.П., Бушуев М.Б. Спиновый переход в гетероанионных комплексах в системе 2+ – 4-амино-1,2,4-триазол – NO3– – SO42– Журнал Структурной Химии (год публикации - 2020)
10.26902/JSC_id60665

Публикации