Exploration of 3d, 4f and 3d-4f coordination clusters for potential industrial applications

Diese Dissertation hat Verbindungen mit einem breiten Spektrum an strukturellen Motiven
hervorgebracht. Das Ziel dieser Arbeit war es neuartige Verbindungen zu synthetisieren, welche
mit industrieller Relevanz in magnetische und optische Instrumente integriert werden können. Die
Arbeit ist in drei Kapitel unterteilt, welche jeweils unterschiedliche Gruppen von Verbindungen
diskutieren welche interessante magnetische und/oder optische Eigenschaften besitzen.
Kapitel 3 stellt dreizehn homometallische Lanthanidkomplexe basierend auf der Verwendung
diverser Amino-Polyalkoholbasierter Liganden vor. ... mehrEs besteht aus drei separaten Serien
dinuklearer (1), (2-5) und (6-9), sowie einer Art tetranuklearer Komplexe (10-13). Die Synthese
der Komplexe wurde unter aeroben Bedinungen durchgeführt, die Kirstallisation erfolgte durch
das langsame Verdampfen einer Acetonitrillösung. Die Einkristallstrukturen sowie optische und
magnetische Eigenschaften wurden gesammelt und analysiert. Messungen der magnetischen
Eigenschaften wurde an den Komplexen 1, 5, 9 und 13 durchgeführt, alle diese Komplexe zeigten
schwache antiferromagnetische Wechselwirkungen, wobei die Komplexe 1, 5 und 9 ebenfalls eine
langsame Relaxation der Magnetisierung aufweisen. An Komplex 3 wurden Untersuchungen des
magnetokalorischen Effekts durchgeführt, während Komplex 2 und 4 hinsichtlich potentieller
Anwendungen als luminszierende Materialien untersucht wurden.
Kapitel 4 führt dreiunddreißig heterometallische Eisen-Lanthanidkomplexe (Fe-Ln) ein, welche
unter Verwendung von N-Methyldiethanolamin (mdeaH2) synthetisiert werden. Diese
heterometallischen Komplexe bestehen aus einer Serie von tetranuklearen (14-20) und drei
unterschiedlichen Serien von hexanuklearen Komplexen (21-29), (30-39) und (40-46). Die
Einkristallstrukturen, optischen und magnetischen Eigenschaften dieser Komplexe wurden
untersucht und im Detail diskutiert. Messungen der magnetischen Eigenschaften wurden für die
Verbindungen 20, 26, 27, 32, 33 und 43 durchgeführt. Die Komplexe 20, 32 und 33 zeigen
schwache antiferromagnetische Wechselwirkungen, während 26, 27 und 43 schwache
ferromagnetische Wechselwirkungen aufweisen. Zusätzlich zeigten die magnetischen
Untersuchungen, dass Komplex 43 eine langsame Relaxation der Magnetisierung aufweist, eine
typische Eigenschaft für Einzelmolekülmagneten. An den Komplexen 25 und 31 wurde eine
Untersuchung des magnetokalorischen Effekts durchgeführt. Abschließend wurden dieIX
Lumineszenz der Komplexe 24, 26 und 46 im Hinblick auf deren Nutzen als phosphoreszierende
Materialien untersucht.
In Kapitel 5 werden zwei homometallische Kupferkomplexe präsentiert, welche beide unter
Verwendung von 2,2‘-Bipyridin und Benzylphosphonsäure als Liganden synthetisiert werden (47-
48). Die Einkristallstrukturen und optischen Eigenschaften dieser Komplexe wurden untersucht.
Beide Komplexe zeigen eine Absorption im NIR Bereich währenddessen sie weithin optisch
transparent bleiben, außerdem weisen diese Komplexe eine thermische Stabilität bis zu 250°C und
207°C auf. Zu guter Letzt wurden die Komplexe 47 und 48 als Dünnschicht (bis zu 34 μm) auf
einer Glassoberfläche aufgetragen und die optischen Eigenschaften erneut untersucht, diese
stimmten mit den für die kristallinen Phasen gefundenen Eigenschaften überein.

This doctoral research saw the production of a large library of compounds which exhibit a wide
range of structural motifs. The goal of this work was to produce novel compounds which may
prove to be industrially relevant for incorporation into magnetic and optical devices. The work has
been divided into three chapters each presenting a series of compounds which feature interesting
magnetic and/or optical properties.
Chapter 3 reports thirteen homometallic lanthanide complexes featuring multiple aminopolyalcohol-based ligands. This consists of three distinct series of dinuclear complexes (1), (2-5),
... mehr
and (6-9) as well as a series of tetranuclear complexes (10-13). The complexes were synthesised
aerobically and were crystallised by slow evaporation of the solvent. The crystal structures, optical
and magnetic properties of these crystalline complexes were collected and analysed. Magnetic
measurements were carried out on complexes 1, 5, 9 and 13 and all exhibited weak antiferromagnet
interactions with complexes 1, 5 and 9, also showing slow relaxation. Investigations into the
magnetocaloric effect were carried out on complex 3, whilst complexes 2 and 4 were studied for
their potential to act as luminescent materials.
Chapter 4 present thirty-three heterometallic iron-lanthanide (Fe-Ln) complexes which all utilise
the ligand N-methyldiethanolamine (mdeaH2). These heterometallic complexes consist of a series
of tetranuclear complexes (14-20) and three distinct hexanuclear complexes (21-29), (30-39) and
(40-46). The crystal structures, optical and magnetic properties of these complexes were
investigated and discussed in detail. Magnetic measurements were carried on compounds 20, 26,
27, 32, 33 and 43. Complexes 20, 32 and 33 exhibit weak antiferromagnetic interactions, whilst
26, 27 and 43 exhibit weak ferromagnetic interactions. The magnetic investigations revealed that
complex 43 shows the slow relaxation typical of a single molecule magnetic. The magnetocaloric
effect of complexes 25 and 31 was studied. Finally, complexes 24, 26 and 46 underwent an
investigation into their luminescence properties to assess their potential as phosphorescent
materials.
Chapter 5 presents two homometallic copper complexes which both feature 2,2′-bipyridine and
benzylphosphonic acid as ligands (47-48). The crystal structures and optical properties of these
complexes were collected and analysed. Complexes 47 and 48 both absorb in the NIR range whilstVII
remaining largely optically transparent, these complexes also demonstrated thermal stability up to
250 °C and 207 °C, respectively. Finally, thin films (up to 34 μm) of complexes 47 and 48 were
prepared on a glass substrate and the optical properties were re-investigated and found to resemble
that of the bulk crystalline material.