近日，CCS Chemistry（《CCS化学》）在线发表我院无机化学教研室姚彬玲博士的最新研究成果。论文题目为“A Bilateral Hexadentate Scaffold for Air-Stable Dicobalt(II)-Radical Single-Molecule Magnets”（基于双边六齿配体骨架构建的空气稳定双钴(II)自由基单分子磁体）。姚彬玲博士为论文第一作者，南方科技大学张元竹教授、邓义飞助理教授、南京师范大学张义权教授为共同通讯作者，威廉williamhill为论文第二通讯单位。CCS Chemistry是中国化学会主办并自主运营的旗舰综合化学国际期刊，主要报道化学各领域具有国际影响力的原创研究进展，是中科院一区TOP期刊，最新影响因子为9.2。
在单分子磁体（SMM）研究中，兼顾高对称晶体场与强磁交换耦合以抑制量子隧穿（QTM）、提升阻塞温度仍是关键挑战。单离子磁体易受对称性破缺影响而快速弛豫，多核体系则常难同时锁定理想配位几何与耦合强度。针对上述挑战，研究团队提出并验证了“几何刚性控制+自由基桥连强耦合”的协同策略，设计了一种新型双边六齿配体骨架bbpptz，成功构筑出空气稳定的双钴(II)-自由基配合物。该体系在单一分子框架内实现了近乎理想的三棱柱配位构型（D3h对称性）与强自由基介导磁交换耦合的同步调控，从源头上抑制横向磁各向异性与量子隧穿（QTM）等不利弛豫途径。
结构与磁性表征显示：配合物中每个Co(II)被六个氮原子形成的N6“笼状”环境所约束，自由基以反式桥连双核钴中心，使体系获得高度对称且稳定的配位场。得益于自由基自旋的高度离域与金属-自由基轨道的有效重叠，材料实现了高达JCo–rad ≈ −150 cm-1的强反铁磁耦合，显著强于既往同类体系；同时表现出优异的单分子磁体行为，其弛豫过程以Orbach过程为主导，有效能垒达到Ueff = 182 cm-1，并在10 K仍保持开口的磁滞回线，体现出较高的阻塞能力与良好的低温稳定性。
对称性与强耦合的协同：构筑高性能单分子磁体
理论计算进一步表明，高对称几何增强单轴磁各向异性、削弱横向弛豫，自由基桥连提供的强交换作用有效固定自旋态，显著抑制QTM。该工作利用配体几何约束实现高对称晶体场，并借助自由基桥连实现强交换耦合，在同一体系内实现结构-磁性的一体化优化，为构筑更高阻塞温度、更强抗弛豫能力的单分子磁体提供了新的思路，并有望拓展至其他过渡金属及镧系体系。
该研究获国家自然科学基金（22173043和22473054）及深圳市科技计划（JCYJ20220818100417037）多项项目资助。
论文信息：
A Bilateral Hexadentate Scaffold for Air-Stable Dicobalt(II)-Radical Single-Molecule Magnets
CCS Chemistry, 2025, DOI: 10.31635/ccschem.025.202506440
Binling Yao, Yi-Fei Deng*, Lingyi Meng, Yi-Quan Zhang*, Yuan-Zhu Zhang*
论文链接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202506440
