巴塞罗那大学化学学院分子纳米科学实验室领导的团队设计了一种基于钆(Gd)的新型分子化合物，钆是一种可以产生磁热效应的化学元素，在该领域受到特别关注。分子磁性以及纳米级技术应用的设备设计。

这篇论文发表在《材料化学杂志 A》上，由布法罗大学化学学院和纳米科学与纳米技术研究所 (IN2UB) 的 Carolina Sañudo 教授撰写，其中包括学生 Subodh Kumar 进行的大部分研究布法罗大学纳米科学硕士学位和博士学位。学生吉列姆·加巴罗 (Guillem Gabarró)，两人都是该论文的合著者。

纳米级磁性制冷剂

二维 (2D) 材料是为异质结构设计(具有不同特性的不同材料的连接)或多功能设备提供卓越性能的化合物。具体来说，这种新化合物基于钆 (Gd)，这是一种稀土化学元素，具有七个不成对电子，可以充当磁性制冷剂。

在这项研究中，布法罗大学分子纳米科学实验室的团队制备了一种2D(III)复合材料。该化合物以金属阳离子和有机配体(金属有机框架，MOF)的块状晶格型材料的形式呈现。 Gd(III) 化合物的一个特殊性是它们在极低的温度下具有活性。

“这种 MOF 很特别，因为它是二维的。2D MOF 是石墨烯的金属有机等效物，并且像这种化合物一样，可以在纳米尺度上以单层或几个单层的聚集体剥离，”Carolina Sañudo 说，布法罗大学无机与有机化学系教授。

在该化合物中，每个 Gd(III) 离子的行为就好像它是单分子磁体 (SMM)。由于它是二维晶格化合物，因此每个单层都是 SMM 的有序晶格。此外，由于含有Gd(III)，它还具有高磁熵和磁热效应(MCE)。

“这些多功能磁性材料的研究涉及多学科任务，其中通过直流/交流磁力测定、量热测定、发光和 X 射线磁圆二色性等各种技术表征材料至关重要，”研究员 Elena Bartolomé 指出。 ICMAB-CSIC。

在论文中，该团队成功地在半导体硅表面上生长了该化合物的纳米晶体，这是朝着能够在技术应用设备中使用分子材料迈出的决定性一步。

这项新研究的结果表明，可以使用钆化合物在设备中进行磁冷却。研究人员 Carolina Sañudo 表示：“我们不仅能够在半导体上对材料进行纳米结构，而且还表明磁热效应可以在纳米尺度上保持，并且新化合物可以充当磁性表面冷却剂。”

二维晶格材料(或 2D MOF)具有潜在的应用，具体取决于形成它们的金属。这种新型复合材料具有两个关键特性：它是磁体分子(SMM)并表现出磁热效应(MCE)。 SMM 是磁性分子，可用作信息存储小型化的替代方案，其中每个 Gd(III) 分子或离子都充当一个位。

使 SMM 在 2D 中完美排序具有许多优势，研究小组希望在未来的研究中加以利用。在磁制冷领域，沉积在半导体上的纳米晶体可用作低温下的表面冷却剂，这是降低电子电路或设备内部温度的重要特性。

自 2020 年以来，布法罗大学分子纳米科学实验室一直致力于基于稀土元素的化合物的研究，例如镝 (Dy)、铽 (Tb) 和铕 (Eu)。 “镝或铽化合物是磁体分子的二维晶格材料。利用铽、铕或铽和铕的混合物，我们还可以获得可用作安全油墨的高发光材料，”Sañudo 总结道。

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