Novel magnetic materials : from coordination compounds to nanomaterials

Abstract

A presente tese aborda a síntese de unidades finitas de complexos do tipo metal-ligando e polímeros de coordenação infinitos, a síntese e modificação superficial de nanopartículas de magnetite, bem como o fenómeno de magnetismo observado nestes materiais. São também investigadas as várias possibilidades de coordenação de ligandos, com determinados tamanhos e formas, a metais de estrutura electrónica única, obtendo-se assim novas estruturas de tamanhos e dimensionalidades diferentes, e como as propriedades magnéticas são alteradas. Os resultados de magnetismo neste trabalho são interpretados do ponto de vista da magnetoquímica. O Capítulo 1 é uma breve introdução à química dos metais de transição e mostra a correlação entre a estrutura e as propriedades magnéticas. Neste capítulo foi feita também uma revisão de compostos de coordenação magnéticos importantes e a descrição dos fenómenos fundamentais de magnetismo. No Capítulo 2 é explorada a química de coordenação dos ligandos ambidentados derivados dos ácidos piridina-carboxílicos para síntese de novos complexos de metais de transição. As estruturas e propriedades magnéticas duma série de novos compostos foram investigadas. O Capítulo 3 consiste na descrição de polímeros de coordenação com lantanídeos (Eu3+, Tb3+, Sm3+) com a presença simultânea na estrutura dum ligando aromático quelato (ácido picolínico) e um ligando de ponte flexível (acido glutárico). Foram estudadas as propriedades estruturais, luminescentes e magnéticas. O Capítulo 4 descreve o comportamento magnético de híbridos orgânicoinorgânicos com ácido N-(fosfonometil)iminodiacético e metais da 1ª série de transição. A investigação abordada no Capítulo 5 relaciona-se com a modificação superficial e a funcionalização das nanopartículas ferrimagnéticas de magnetite (Fe3O4). Foi feito o estudo das possibilidades de aplicar estes últimos materiais na remoção de iões de metais pesados em águas poluídas. No Capítulo 6 são generalizadas as conclusões deste trabalho. Detalhes da parte experimental e das técnicas de caracterização podem ser consultadas no Capítulo 7.

The research in this thesis is focused on the synthesis of bulk finite units of metal-ligand complexes and infinite coordination polymers as well as the synthesis and surface modification of Iron oxide nanoparticles. Subject of study is the magnetic phenomena raised in those materials. This is a research of the possibilities of the ligands with such size and shape that makes them able to trap a metal with unique electronic structure and build the new molecular assemblies with different structures, dimensionalities and sizes and of the study if / how the magnetic phenomena changes. The magnetic results in this work are interpreted in the frame of magnetochemistry. Chapter 1 is an introduction to transition metals chemistry and correlation between structure and magnetic properties. It contains a short review of the existing magnetic coordination compounds and a description of some fundamentals in magnetism. Also some basic magnetic properties and correlations are explained. In Chapter 2 the coordination chemistry of derivatives of pyridine-carboxylic acids as ambidentate ligands is exploited to synthesize a series of transition metal complexes. Novel coordination compounds were synthesized and in particular their structures and magnetic properties are described. In Chapter 3 is discussed the simultaneous presence of a chelating aromatic ligand (picolinic acid) and a highly flexible bridging ligand (glutaric acid) in lanthanide-organic coordination polymers with Eu3+, Tb3+, Sm3+. The structural, luminescent and magnetic properties are studied. In Chapter 4 the magnetic behaviour of organic-inorganic hybrids with the multidentate chelating ligand N-(phosphonomethyl)iminodiacetic acid and 1st row transition metals were investigated. In Chapter 5 is described the surface modification and functionalization of ferrimagnetic magnetite (Fe3O4) nanoparticles and their application for removal of heavy meals in waste waters. Conclusions from this work are generalized in Chapter 6. In Chapter 7 can be seen details about the experimental part and the characterization techniques.