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介绍一种具有含SS晶格的(TM=Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)MOFs二维磁性金属有机框架

发布时间：2020-12-10 作者：zhn 分享到：

介绍一种具有含SS晶格的(TM=Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)MOFs二维磁性金属有机框架

二维金属有机骨架材料(MOFs)是由金属原子和极性有机分子组成的新型二维材料，由于其成本低、化学稳定性好、易于制备和机械性能好等优点，引起了人们的广泛兴趣。在二维MOF的研究中还发现了一些新的物理特性，如铁磁/反铁磁基态、超导性、拓扑绝缘等特性。根据二维MOFs的几何结构，其晶格结构可分为六方格、20方格、22方格、23方格、25方格、17方格、18方格、15方格、16方格、24方格等。ShastrySutherland (SS)晶格是一种特殊类型的扭曲平方晶格，由Shastry Sutherland26在1981年提出，SrCu2(BO3)2和稀土金属四硼化物RB4（R=La-Lu）都是**的具有SS晶格的材料。

关键词：

一类具有SS晶格的二维TM-PBP MOFs

二维磁性金属有机骨架材料(MOFs)

六方格晶格结构MOF材料

20方格、22方格二维MOF材料

23方格、25方格、17方格二维MOF材料

18方格、15方格、16方格、24方格二维MOF材料

SrCu2(BO3)2和稀土金属四硼化物RB4（R=La-Lu）都是**的具有SS晶格

ShastrySutherland（SS）扭曲平方晶格材料

含SS晶格的二维TM- PBP (TM=Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)MOFs

Mn-PBP铁磁性(FM)材料

Fe-PBP反铁磁性(AFM)材料

TM-PBP (TM=Cr、Co、Ni)磁性二聚体MOF

TM-PBP (TM=Cu、Zn)非磁性材料MOF

Mn-PBP 一种SS晶格的FM二维MOF

TM-PBP MOFs半导体材料

TM-PBP框架材料

TM-PBP MOFs(TM=Cu、Zn)

成果简介
本文利用密度泛函理论(DFT)计算和蒙特卡洛模拟，系统地研究了含SS晶格的二维TM- PBP (TM=Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn)MOFs。结果表明，它们具有不同的基态磁特性。Mn-PBP和Fe-PBP分别为铁磁性(FM)和反铁磁性(AFM)， TM-PBP (TM=Cr、Co、Ni)和TM- PBP (TM=Cu、Zn)分别为磁性二聚体和非磁性。Mn-PBP应该是一个有SS晶格的FM二维MOF，其居里温度预计在105k左右。PBP分子的pz轨道杂化和Mn原子的dxz和dyz轨道杂化形成的新型低对称配位键对TM-PBP的形成起着非常重要的作用。电子结构计算表明，TM-PBP MOFs是带隙在0.12 eV至0.85 eV之间的半导体，可以通过应变或空穴/电子掺杂等多种方法轻松调制。

图1 TM-PBP的原子结构示意图。黑色虚线勾勒出TM- PBP体系的单位胞元，晶格参数标记为a。N1、N2和N3表示一个TM原子(红球)周围的三个N原子(蓝球)。红色虚线(d1)和蓝色虚线(d2)分别表示最近的TM原子和**最近的TM原子之间的相互作用。
TM- PBP框架以红色虚线(最近邻)和蓝色虚线(**近邻)连接的TM原子为焦点，可抽象为一个变形的正方形格点，在拓扑上等同于标准的Shastry-Sutherland (SS)格点。

表1列出了TM-PBP的晶格参数，除Cu外，随着原子序数的增加，其晶格参数一般由Cr降至Zn。TM原子距离的最近近邻(d1)约为5-6Å，而**近邻TM原子距离(d2)约为10Å。大多数TM-PBP MOFs的TM原子与PBP分子之间的结合能约为每TM原子3-4 eV，而Zn-PBP的结合能仅为1 eV。

图2 Mn-PBP的电子结构。左:旋转带(蓝线)；中间:自旋带(红线)；右:自旋向上和自旋向下的状态密度(PDOS)。