近日，武汉大学化学与分子科学学院的张俊教授联合日本东北大学金属材料研究所的Hitoshi Miyasaka教授以及大阪大学化学科学与工程系的Yasutaka Kitagawa教授团队，提出一种“富电子设计策略”，通过构筑多电子转移型多孔分子磁体，成功利用二氧化碳（CO2）调控磁体的电子/自旋态。实验上观测到了创磁现象¾顺磁体向反铁磁或亚铁磁体的可逆转换。该成果发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）上。该研究的前期工作由张俊教授在日本东北大学金属材料研究所完成，后期工作由张俊教授在武汉大学完成。张俊教授是第一作者，武汉大学为第一署名单位，日本东北大学Hitoshi Miyasaka 教授为通讯作者。
多孔磁体是一类兼具化学多孔性和物理磁性的分子基磁性材料，能够通过吸附客体分子（溶剂或气体等）调控其电子结构，从而实现对磁性的精确调控。气体分子因其快速吸脱附和低结构损伤等特性，成为调控其磁学性能的有力手段。然而，气体与多孔磁体之间的相互作用通常较弱，产生的磁性变化并不显著。因此，如何自下而上设计和精确控制多孔分子磁体的结构，以实现电子/自旋态的精准调控和多样化的磁相转换，是一项重要的科学挑战。
张俊教授长期从事氧化还原型多孔磁体的构筑及其物理性能调控，专注于客体分子实现配合物磁学、电学、光学性能的功能转换。前期工作中，该团队首次报道了利用CO2改变多孔磁体的长程磁有序现象，实现单电子转移型多孔磁体的消磁切换¾亚铁磁体转换为顺磁体（Nat. Chem., 2021, 13, 191）。然而，迄今为止关于如何进行多孔磁有序的定向设计并实现气体精准调控多样化磁相转换，仍然缺乏指导原则和理论支撑。
针对上述挑战，张俊教授联合日本研究小组提出一种 “富电子设计策略”，用于指导设计合成多电子转移型多孔磁体。该团队设计并成功合成了具有顺磁行为的2 e−转移型多孔磁体，吸附CO2后，Ru(II)二聚体电子态也由Ru2II,III转变为Ru2II,II，电子转移数由2 e−变为1 e−，实验上成功观测到了顺磁体和反铁磁体之间的转换，首次展示了气体诱导创磁的研究范例。该研究助力刺激响应型分子磁体的发展，为开发新型气体传感和存储功能分子器件提供了前沿探索。
该工作得到国家自然科学基金、日本学术振兴会科学基金、日本东北大学E-IMR项目等基金的支持。
成果信息：
Jun Zhang, Wataru Kosaka, Qingxin Liu, Naoka Amamizu, Yasutaka Kitagawa, and Hitoshi Miyasaka*, CO2-Sensitive Porous Magnet: Antiferromagnet Creation from a Paramagnetic Charge-Transfer Layered Metal-Organic Framework. J. Am. Chem. Soc. 2023, doi.org/10.1021/jacs.3c08583
DOI: 10.1021/jacs.3c08583
URL: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c08583
External Press Release：https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2023/12/press20231205-02-co2.html
