双自由基作为最简单的多自由基分子,因其独特的电Transiliac bone biopsy子结构和优异的光电性质,是参与构建高自旋态磁性材料的基础,在非线性光学、自旋电子学、分子电子学等方面具有极大的应用潜力,是近年来的研究热点。由于氮氧自由基具有良好的稳定性、抗氧化性、高信息存储密度、透光性、非导电性和低磁损耗,其被认为是一种有效的自旋源。双自由基化碱基分子的成功设计,因其特有的自组装功能,为DNA碱基构建新型磁性材料提供可能性。新合成的人工碱基与天然碱基结构相似,遵循Watson-Crick配对原则,且比天然碱基具有更多的生物功能,因而开发设计双自由基化人工碱基,探究其磁耦合相互作用机理和寻找可selleck合成能存在的磁性调控方法对设计磁性分子和新型磁性开关具有重要意义。苯甲腈分子作为最简单的星际分子和其他材料结合已经被用于有机发光二极管的设计,但关于苯甲腈用于磁性材料方面的设计相对较少,探究苯甲腈桥连双自由基的磁耦合相互作用有助于苯甲腈磁性方面的开发设计。同时,开发磁性分子开关是双自由基分子研究的重点,自由基基团与耦合单元之间的平面性是影响磁性表达的重要因素,探究自由基基团的转动对苯甲腈桥连双自由基分子的磁性的调控是有必要的。由于苯甲腈分子通过光分离技术会产生去质子化的苯甲腈分子,探究去质子化对苯甲腈桥连双自由基磁性大小的影响为磁性分子开关的设计提供了新思路。基于此,本工作以ZP碱基和苯甲腈分子为研究对象,采用氮氧自由基对ZP碱基和苯甲腈进行双自由基化修饰,对相关的几何结构、电子性质、分子轨道等进行计算探究其磁耦合相互作用。此外,探究氢键配对、硝基转动、自由基基团的转动、去质子化效应对双自由基分子磁耦合性质的影响,以此阐明各个体系的磁耦合性质的机制。1、双自由基化人工碱基磁耦合性质调控的理论研究以新合成的人工碱基为基础,理论设计了一系列具有明显磁耦合性质的双自由基分子,并找到了碱基配对和硝基基团转动两种调节磁性大小的方法,使其成为具有应用前景的磁开关。一方面,修饰后的双自由基人工碱寻找更多基P3由于其自旋密度集中在最近的自旋极化路径上,表现出很强的磁性。但是,由于在单占据分子轨道(SOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)之间严重的不匹配,Z-P3碱基对磁性消失,这表明碱基配对可以作为调控分子磁耦合大小的有效手段。另一方面,研究表明,Z碱基上硝基的转动影响了双自由基化Z碱基形成的碱基对的闭壳层(CS)单重态和三重态(T)之间的能级差,从而影响了磁耦合性质的表达。该工作有助于制定双自由基分子的修饰策略,并为设计和合成具有可控磁耦合性能的磁耦合材料提供理论指导。2、苯甲腈桥连双自由基磁耦合性质调控的理论研究发展磁性可控的双自由基分子是近年来研究的热点。我们保留苯甲腈分子去质子化的位点进行双自由基修饰,得到两个具有良好磁耦合性质的分子,同时,考虑到自由基转动可能会对分子的磁耦合性质造成影响,对自由基基团进行扭转,得到其互变异构体。我们发现自由基基团转动导致了SOMO轨道与LUMO轨道之间匹配性变差以及自旋密度的变化,最终造成了其磁耦合性质的减弱。由于去质子化效应影响自旋极化路径上自旋密度分布,导致分子的磁耦合性质发生了明显的变化,表明去质子化会造成双自由基分子磁性大小的改变。通过计算,揭示了磁耦合相互作用的工作机理,为设计磁性分子开关提供了更多的设计策略。最后,我们对本工作进行相应的总结,并且对双自由基分子的应用前景做出了展望。