Synthèses, structures cristallines et caractérisations d'aimants moléculaires mono- et polynucléaires à base de Ni et de Co

Syntheses, Crystal Structures and Characterizations of Mono- and Polynuclear Ni- and Co-based Molecular Magnets

• Auteur / Autrice : Yiting Wang
• Direction : Talal Mallah
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 26/07/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie moléculaire et des matériaux d’Orsay (Orsay, Essonne ; 2006-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Mialane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Talal Mallah, Pierre Mialane, Guillem Aromí, Smaïl Triki, Laurent Lisnard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillem Aromí, Smaïl Triki

Mots clés

Mots clés contrôlés

Structure cristalline (solides)

Anisotropie

Molécules aimants

Composés de coordination

Mots clés libres

Chimie de coordination

Aimants moléculaires

Anisotropie magnétique

Complexes mononucléaires et polynucléaires

Molécules mononucléaires

Molécules polynucléaires

Coordination chemistry

Molecular magnets

Magnetic anisotropy

Mononuclear and polynuclear complexes

Mononuclear molecules

Polynuclear molecules

Résumé

L’objectif consistant à élaborer des «aimants par conception» peut être atteint en adaptant les structures moléculaires des complexes de coordination. Les molécules conçues devraient présenter les caractéristiques requises pour des applications spécifiques, qui résultent de leur riche diversité structurale. Des complexes mononucléaires à base de Ni avec une grande anisotropie magnétique et des molécules polynucléaires à base de Ni et de Co sont préparés et étudiés dans cette thèse. Les synthèses, les études magnétiques et les propriétés électrochimiques des complexes contenant un ligand pontant non innocent sont étudiées. Les complexes mononucléaires Ni(II) à géométrie bipyramide trigonale sont préparés avec des ligands axiaux et les contre-anions différents. L'effet de la nature des ligands axiaux et du changement structural induit par les contre-anions sur l'anisotropie magnétique est étudié expérimentalement et analysé à l'aide de calculs théoriques. Des molécules organiques sont utilisées pour concevoir des complexes trinucléaires à grande anisotropie magnétique et à couplage d'échange faible. Plusieurs complexes polynucléaires à base de Ni et de Co où le TTC³⁻ agit comme un ligand pontant innocent et le HHTP³⁻ comme un ligand non innocent typique sont cristallisés avec diverses structures (TTC = Trithiocyanurate; HHTP = Hexahydroxytriphénylène). Pour les complexes contenant le ligand non innocent (HHTP), les anions radicalaires sont produits par électrochimie. La combinaison de la spectro-électrochimie et de la spectroscopie à résonance paramagnétique électronique couplée à des études d'électrochimie permet d'étudier la délocalisation des électrons sur les radicaux organiques générés et le couplage d'échange entre les ions métalliques.

The objective of elaborating “magnets by design” can be achieved by tailoring the molecular structures of coordination complexes. The designed molecules are expected to exhibit the characteristics required for specific applications, virtually resulting from their rich structural diversity. Mononuclear Ni-based complexes with large magnetic anisotropy and polynuclear Ni- and Co-based molecules are designed in this dissertation. The syntheses, magnetic studies, and electrochemical properties of the complexes containing non-innocent bridge ligand are investigated. The Ni(II) mononuclear complexes with trigonal bipyramid geometry are prepared by tuning the axial ligands and the counter anions. The effect of the nature of the axial ligands and the structural change induces by the counter anions on magnetic anisotropy is studied experimentally and analyzed with the help of theoretical calculations. Large organic molecules are used to design trinuclear complexes with large magnetic anisotropy and weak exchange coupling. Several polynuclear Ni- and Co-based complexes with TTC³⁻ acting as an innocent bridging ligand and HHTP as a typical non-innocent ligand, are crystallized with various structures (TTC = Trithiocyanurate; HHTP = Hexahydroxytriphenylene). For the complexes containing the non-innocent ligand (HHTP), radical anions are produced by electrochemistry. The combination of spectroelectrochemical and Electron Paramagnetic Spectroscopy coupled to electrochemistry studies allow investigating the delocalization of the electrons on the generated organic radicals and the exchange coupling among the metal ions.