加载中…自旋转换配合物的结构和自旋转换性能
(2014-05-28 21:30:24)
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分类： 科研 |
摘 要 本文对自旋转换配合物的特点、潜在的应用、设计和合成及其自旋转换的机理以及国内外最新的研究进展作了全面的评述，并展望了自旋转换配合物的发展动向。
关键词 自旋转换 协同效应 分子合金 光开关 滞回效应
中图分类号：O641 文献标识码：A
Structure and spin transition of the Spin transition complexes
Abstract In the paper, the characters, potential appliances, design and syntheses as well as the mechanism of spin transition about the bistability are discussed. The new researches on the complexes in domestic and international are reviewed completely. The prospects in the research are also predicted.
Keywords spin transition；cooperatives；molecular alloy；photo-witching；hysteresis
引 言
自旋转换配合物具有两种能量相近的自旋态，在外界微小能量的激发下，可以从一个自旋态转变为另一个自旋态。因为这种独特的双基态性能，自旋转换配合物逐渐成为人们日益关注的分子功能材料，并有望在分子电子学领域占据重要位置1。
近年来的研究发现，多种配合物均具有自旋转换性能2。促使自旋转换现象发生的外界能量，既可以是热，也可以是光和压力a。配合物的中心离子除常见的Fe(II)和Fe(III)外，也可以是Co(II)、Co(III)、Mn(III)和Cr(II)等。随着热致自旋转换配合物的合成与研究，其它形式的自旋转换现象被相继发现3，自旋转换配合物在国际上正受到越来越广泛的重视。
本文拟对自旋转换配合物的特点、潜在的应用前景、配合物设计和合成，以及自旋转换的机理方面的最新研究进展，作最全面的评述。
一、 自旋转换配合物的特点和分类
1.1自旋转换配合物的特点
当配合物的中心离子处于八面体场环境中且电子组态为d4～d7时，根据晶体场分裂能Δ和电子成对能P的相对大小，配合物分子可处于高自旋基态或处于低自旋基态。当P >Δ 时，配合物基态为高自旋（HS）；当P < Δ时，配合物基态为低自旋（LS）；当这两种基态能量相当接近，以致与kT(k：玻尔兹曼常数，T：开氏温度)处于同一数量级时，则配合物在一个适当及可控的外界微扰下(如温度、压力、光辐射等)发生自旋转变，从而实现分子级别的开关和信息存储功能4。
自旋转换配合物兼有无机化合物和有机化合物的特性，由于其组成的复杂性、金属和配体种类的多样性、配位环境的可调性，使之成为分子材料中最具有潜在应用前景的一类体系。这一特点使我们有可能通过选择适当的分子及不同的组装方式来制备具有自旋转换性能的宏观物质5。
1.2自旋转换配合物的分类
根据外界微扰因素的不同,可以分为热致自旋转换、光致自旋转换和压力导致的自旋转换三种形式。
A. 热致自旋转换的配合物：
由于温度变化引起的自旋转换，称为热致自旋转换。已经报道的自旋转换配合物，以热致自旋转换配合物为多，并且部分是无滞回宽度的低温自旋转换配合物。
早在1931年Cambi 6等人已发现第一个有热致自旋转换现象的配合物(FeIII(NH2CSS)3)。1964年，Bakerb等又发现配合物FeII(phen)2(NCS)2具有热致自旋转换效应，但均未引起足够注意。直到90年代，基于自旋转换配合物可能的信息存储功能，对它们的研究才开始进入活跃时期。
现已发现自旋转换可以是渐变、突变、分段变化等三种，并且部分自旋转换还具有不同程度的滞回效应。最早B. J. Kennedy的变温磁性研究就表明[Fe(salen)(imd)2]ClO4(其中salen为3-甲氧基水杨醛和乙二胺的席富碱，imd为咪唑)的磁化率随温度的升高呈线形递增关系，说明了该配合物在温度的作用下具有渐变自旋转换形式；当阴离子ClO4-被BF4-取代时，配合物在转变温度附近立即表现出明显的突跃现象(Brendan J. Kennedy, Anthony C. McGrath, Keith S. Murray, Brian W. Skelton, Inorg. Chem., 1987, 26, 483-495;)。这些实验结果不仅说明了不同配合物自旋转换突跃度的差异，还揭示了阴离子基团对自旋转换的重要影响。分段变化的自旋转换形式比较少，据文献可知一例是在一个六重自旋态的簇合物中发现的两步依次进行的自旋转换过程63；另一例是当配合物有一个低自旋态两个高自旋态时，在光或热的作用下依次进行的分段自旋转换，例如配合物Na2[Fe(CN)5NO]?2H2O光致自旋转换即是如此12。
配合物的自旋转换性能主要受中心离子的组态、配位环境(配位方式及配合物的种类和共轭性能)、阴离子种类、氢键等因素影响。例如配合物Fe(NCS)2(bipy)2中铁的组态为d6，在温度212K时，发生自旋转换。同样的铁金属配合物[Fe(btr)3][Fe(btr)2(H2O)2](BF4)4 和[Fe(btr)3][Fe(btr)2(H2O)2](PF4)4 [其中btr = 4，4’-二-1,2,4-三唑]，在常压下，前者在100 – 180K的温度范围内有一个明显的热致自旋转换，其转换温度约是140K；后者在150 – 180 K的温度范围内有一个明显的热致自旋转换，其转换温度约是170 K7。两个配合物在整个自旋转换区间均无热滞回现象，升温曲线与降温曲线基本一致。
迄今为止，最可能得到实际应用的两个热致自旋转换配合物是[Fe(Htrz)2(trz)](BF4)和[Fe(NH2trz)3](NO3)2·H2O，二者不仅自旋转换的突跃度（即Tc附近的斜率）相当大，而且热滞回的温度范围也较宽，大约为35 K，前者的自旋转换温度分别为Tc↑=383±3K 和Tc↓=345±2K ，后者的自旋转换温度分别为Tc↑=348±2K 和Tc↓=313±2K。
热致自旋转换的突跃度以及热滞回宽度，依赖于晶格中活性中心之间的相互作用；活性中心之间的化学桥联和有规律的聚集结构，能够使协同效应得到放大和增强8。该结论为配合物[Fe(btr)2(NCS)2]·(H2O)的实验所证实：随晶体完整性和粒度的增加，自旋转换的突跃度和滞回宽度明显递增。这种相互作用使该类材料具有了协同效应的特点，最终使晶体中的Fe2+中心阳离子在较窄的温度范围内同时发生自旋转换。
尽管已经合成了很多热致自旋转换配合物，但是大多数配合物的自旋转换温度相当低，使得此类材料的应用受到很大限制。为了能够调控自旋转换配合物的转换温度，Kahn提出了分子合金的构思9，该构思将在后面详细论述。
B. 光致自旋转换的配合物：
1977年，Hauser等人10在研究配合物Na2[Fe(CN)5NO]?2H2O（简称SNP）时发现：SNP在蓝绿光的激发下可以从基态转换到一种寿命较长的亚稳态。M?ssbauer谱的测定表明，这是Fe(III)低自旋态的一种新的四极分裂现象。
SI |
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SII |
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GS |
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900-1200nm |
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350-590 nm |
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350-590 nm |
图1 SNP的光致自旋转换示意图11。
1984年Decurtins和Gütlich等人13在光致自旋转换研究中还发现了光致激发自旋态的捕捉(Light Induced Excited Spin State Trapping，LIESST)现象。在温度10 K下，用绿光(540nm)照射配合物[Fe(ptz)2]·(BF4)2时(ptz: 1-丙基四唑)，配合物由低自旋态(t62ge0g，1A1g)转换到高自旋态(t42ge2g， 5T2g)，如用红光照射捕捉到的高自旋态，又可使亚稳定的高自旋态回到低自旋态。但是在此值得强调的是：在低温下，高自旋态有很长的寿命。这种基于光、磁之间转换的LIESST效应可望在光信息技术上得到实际应用14。
C. 压力导致的自旋转换配合物：
在自旋转换配合物中，由于高自旋分子中的配体键比低自旋分子的长，所以压力的大小对自旋态的控制也有一定作用15。一个非常明显地例子就是配合物Fe(phen)2(NCS)2 (phen＝1，10-菲咯啉)的自旋转换行为。在室温下，压力大于13.5×103kPa时处于低自旋基态；而在压力小于13.5×103kPa时处于高自旋基态16。又如配合物Fe[HB(pz)3]2（pz＝乙基吡唑，HB(pz)3-为三乙砒唑基硼酸负离子）也有此类性质17。这主要是因为当机械压力作用在固体配合物上时，其组成分子被迫扭曲所致。扭曲的方式和程度取决于分子的种类、机械压力的强度及各向异性（即与晶体的生长趋向有关）。分子的扭曲还会引起配位场数量级和各向异性的改变。配位场的这种变化必然导致其磁性和反应活性的相应巨大变化18。例如，在不同压力下，Fe(bt)2(NCS)2 (bt=2,2’-联噻唑)处于高自旋态的分子特性均有变动：自旋转换温度低于原正常条件下的自旋转换温度，并且其自旋转换的温度范围也比原来有所加宽。Hendrickson等人19的研究结果或许更能说明这个机理，即：（1）断层和自旋转换的突跃性共同导致了低温下残余高自旋态数目的增加；（2）研磨效应扩宽了自旋转换活化能的范围；Gütlich 等人20的研磨研究也表明，减小Fe(bt)2(NCS)2的晶体尺寸能刺激它们的自旋状态发生改变，并且自旋转换的滞回现象减弱，高自旋态分子数增加。但是他们没有讨论压力效应对分子链引起的配位场自身变化之间的影响。
从当前的实验和理论研究来看，由研磨引起的意义重大的配位场变化和分布规律已经被人们所认识18,21，并且通过研磨[Fe(phen)2(NCS)2]?H2O微晶，还发现其它的离子会部分地取代配体使自旋转换的机理复杂化18。这种取代现象或许可以作为一种新的方法来合成固态配合物或对已有的固态配合物进行改性17。
另外，Ksenofontov 等人22还对Fe (NCS)2的一类芳香族配位的Fe（III）配合物进行了详细的研究和探讨。研究结果发现：在外界压力下，部分配合物的转换温度会向高温方向漂移，滞回宽度减小；与之相反的是部分配合物在外界压力下，不但T1/2会向低温方向漂移，而且滞回宽度也会同时加大。究其原因还需进一步的研究。
由此可见，通过改变配合物所处的外界压力，我们可以把温度滞回宽度窄的配合物转化成滞回宽度大的配合物，还可以根据需要使转换温度高的配合物和转换温度低的配合物相互转化。因而，此种方法极具潜在的实用性。
二、实用自旋转换配合物的设计和合成：
当前，自旋配合物主要有三种研究方式:一种是侧重于利用穆斯堡耳谱来研究自旋配合物的物理性质；另一种只是着重设计合成新的自旋配合物；第三种研究方式也是目前科学前沿最活跃的研究之一，就是通过设计合成新的配体和可望具有自旋转换性能的配合物，从而实现对其性能的细微调整23。下面将主要详细论述后两种研究方法的几种最新设计思想。
2.1利用桥联配体合成具有协同效应的自旋转换体系。
理论和实验研究表明：桥联配体和氢键可以促成配合物中心金属离子之间的协同效应。因此，为了提高分子间的协同性，最近提出的一种有效途径是：选用桥联配体或利用氢键合成一维、二维或三维的自旋转换体系24。例如1,2,4—三唑(Rtrz)可以在1,2或2,4位置的N原子与自旋转换离子桥联；取代的三唑可在1,2位置的N原子上桥联。4,4’-二-1,2,4-三唑（btr）除了起到桥联作用外，还可以合成一维、二维或三维的自旋转换体系。故三唑类自旋转换配合物是近年集中研究并可望在应用上有突破的一类研究体系。
最初Reedijk等人25报道了组成为[Fe3(ettrz)6(H20)6]6+的线性三核配合物(ettrz：4－乙基－1,2,4—三唑)，两端Fe（II）离子为高自旋态，而中心Fe（II）离子在Tc＝210 K发生自旋转换并伴随有颜色的变化，由低自旋态的紫色变为高自旋态的白色，但没出现滞回现象，其原因可能是处于不同三核单元的中心Fe（II）离子未被三唑配体桥联。为了使自旋转换活性的离子桥联，Haasnoot等26设计合成了配合物[Fe(trz)(Htrz)2](BF4)2，此配合物以加热和冷却方式变温时，都有突跃式的自旋转换行为，Tc↑约349K，Tc↓约391K，滞回曲线接近方形，宽度为42K，低自旋配合物是紫色，而高自旋配合物是白色，此配合物已被用于研制一系列显示材料，它的缺点是Tc偏高，高于室温。为了降低Tc，Kahn等人1在实验过程中无意往约50ml的[Fe(trz)3](C104)2加入了一滴水，结果意外得到第一个在室温下有滞回现象的化合物，其Tc↑=304K，Tc↓＝288K，且同时伴随从紫到白的颜色变化。尽管此化合物的结构尚不清楚，但是他们认为水的作用最可能是产生了氢键从而增加了分子间的协同效应。至此Kahn研究集体的工作为自旋转换配合物实用化迈进了关键的一步。
2.2合成分子合金
设计和合成在室温下具有滞后回环的自旋转换配合物难度很大，是当今化学与材料领域中的一个挑战性课题．为解决这一难题，1996年法国学者O．Kahn9 提出的“分子合金” 新构思，从而为调控温致自旋转换配合物的转换温度提供了有效手段。此构思可简述如下：
化学式为[Fe(Rtrz)3]A2(A为一价阴离子)的配合物有一维聚合结构27。假设两种配合物[Fe(R1trz)3]A2和[Fe(R2trz)3]A2 (R1trz和R2trz分别是两种不同的4位取代的1,2,4—三唑配体)都有自旋转换行为，[Fe(R1trz)3]A2的转换温度为T1，[Fe(R2trz)3]A2的转换温度为T2，则等摩尔混合[Fe(R1trz)3]A2和[Fe(R2trz)3]A2固体，会得到含有(质量百分含量)50%[Fe(R1trz)3]A2和50％[Fe(R2trz)3]A2的混合物，这种物质会表现出两步自旋转换行为，第一步发生在T1附近，第二步发生在T2附近．但是如果将等摩尔的R1trz和R2trz溶于同一溶剂，再与[Fe(H20)6]A2反应，将会得到另外一种新材料，在这种材料的每一个配合物链中既含有R1trz配体又含有R2trz配体，这类化合物称为“分子合金”。由于链中Fe(Ⅱ)离子间的相互作用，这种材料可能会表现出突跃式的自旋转换，且转换温度TC＝(T1＋T2)／2，推而广之，可通过改变x值来调节分子合金[Fe(R1trz)3-3(R2trz)3x]A2的自旋转换行为。
后来，南开大学王红梅等人28合成了Fe[(Htrz)9/4(NH2trz)3/4](BF4)2·H2O和Fe[(Htrz)3/2 (NH2trz)1/2](BF4)·3H2O两个热致自旋转换配合物，证实了分子合金的存在。其变温光谱表明，它们在室温附近具有自旋转换行为，同时还伴有热致变色及滞后现象。
2.3 合成配体驱动的光致自旋转换材料。
1992年，Roux 等人29，30提出一种新的方法来合成光致自旋转换材料。首先利用光学异构体作配体合成中心离子Mn＋的配合物；然后用一定波长的光照射配合物，促使光学异构体由trans→cis或cis→trans转换，光学异构体顺反转换的过程与中心离子的自旋转换相联系，从而带动其HS和LS相互转换。这就是所谓的配体驱动的光致自旋交叉现象(LD-LISC)。由于光学异构体的转换温度要比普通光致自旋转换配合物的转换温度高的多，因此可以有望实现常温下的光致自旋转换。
单核配合物[FeII(stpy)4(NCS)2]的晶体结构首先证明了4-苯乙烯-吡啶(stpy)顺反两种光学异构体的存在30。尽管该系统同样也观察不到配体驱动的自旋转换现象，但是该构想还是部分地被其衍生物 [Fe(stpy)4(NCBPh3)2]所证实。在大约140K的温度下，用紫外线照射含有[Fe(trans-stpy)4(NCBPh3)2]的醋酸纤维薄膜结果导致由LS→HS的转换，并伴随着明显的光谱吸收31。可能由于在此温度下配合物结构的刚性所致，这种转换的程度并不完全。
1999年，人们最终在室温情况下的[Fe（trans-msbpy）2（NCS）2]（trans-msbpy=4-甲基-4’-反式-苯乙烯基-2,2’-联吡啶）溶液中观察到了渴望已久的LD-LISC现象32。由联吡啶参与的强配位场使该配合物的自旋转换温度上升到大约264K的“高温” 33。
LD-LISC效应的优点在于它可以扩展应用于任何过渡金属离子。并且最近许多含有光异构体的FeIII配合物也正在为人们所研究34,35。某种CoII的该类配合物也达到了大约270K的转换温度36。LD-LISC效应的局限性在于：至今为止人们还是仅仅只能在薄膜和溶液中而不是在固体中观察到该效应的存在。原因是固体不足以提供光学异构体相互转换的巨大空间。这个不利于我们实际应用的弱点或许能通过把这类光敏材料添加到介观状态下有异构化转换空间的介质中予以克服掉，例如借助于Langmuir-Blodgett薄膜37。
另外，LD-LISC效应还原则上可以扩展应用到其他的光化学过程中，例如化学键形成和断裂的重排38。Irie等人39-41已经成功报道了分子磁体的可逆光开关作用。这类“自旋磁子对”可以被自旋转换分子代替从而有望在室温下观测到光致自旋开关效应42。没有配位的光异构体阴离子同样可以导致自旋转换行为，因为众所周知在固态配合物中没有参与配位的成分（阴离子和溶剂分子等）一样可以极大地影响中心离子的自旋状态43。光致自旋转换配合物的深入研究还有可能会搞清热化合价互变异构化转换的机理和作用44,45。
2.4 电子转移驱动的自旋转换体系
1993年Dei和Hendrickson 46首次发现了分子间的电子转移驱动的自旋转换。这类配合物多是由半醌自由基配位的，其中心离子在转换过程中，不但有自旋状态的转换，而且伴随着价态的升高和降低。
60年代以来，随着对生命机理和分子材料科学地深入研究，半醌自由基金属配合物以其在生物无机化学、配位化学和分子材料科学上的独特性质而日益引起各国科学工作者的高度重视47。由于金属离子d轨道上的电子和半醌自由基的未成对电子在能量上是相近的，因此，半醌自由基金属配合物时常发生分子内的配体－金属电荷转移48。电荷转移的同时，金属离子常发生自旋状态的转化49，变温X－射线衍射的结果已经证实了电荷转移引起分子结构（键长、键角及晶胞体积等）的变化46。这一课题曾在张雷的综述中得到详细的论述50。
随着自旋转换配合物的研究，古老配合物普鲁士兰FeIII[FeII(CN)6]3?xH2O及其衍生物也再次引起人们的注意51，该类配合物能在较高的温度（从90K到376K）范围内会自发地显示其磁性特征52-56。其自旋转换是由配合物中不同金属离子之间的电子转移驱动的，在自旋转换的同时伴随着颜色的改变和氧化还原反应的发生。根据上述性质，1996年Hashimoto等人57研制出了世界上第一个光开关体系K0.2CoII1.4[FeIII(CN)6]?6.9H2O，在红光和蓝光的照射下Co和Fe离子可以通过桥基配体氰根负离子发生电子转移，在氧化还原反应的同时发生自旋转换和颜色变化。
由于电荷转移的激发态处于基态之上相对较低的能量状态，因此这种光化学电子转移能够通过可见光的辐射而加强58。实际上，红光的辐射激发了一个由光化学电子转移引起的内部氧化还原反应。电子转移使固体中反磁子对（CoIII-FeII）的数目减小，并有效地导致配合物磁性的增强和转换温度Tc的升高（由16K到19K）57。
从应用方面来讲，虽然其电子转移是可逆的，但是缓慢的开关过程（大约几分钟）和极低的转换温度是这一系统的致命弱点。尽管如此，该方法毕竟代表了首次利用光来对自旋转换配合物的细微调整。其他Co-CN-Fe材料的光磁研究表明：仅仅反磁子对（CoIII-FeII）的存在并不是光化学电子转移现象发生的充分条件，在立方结构中晶体缺陷的存在才很可能是有利于增加晶胞网络结构的柔韧性和允许光致电子转移时体积扩展的重要条件59,60。
三、其它的自旋转换形式及自旋转换机理的探讨
1994年Hendrickson首次发现了自旋转换和晶相转换之间的微妙关系61。接着，P. Rey的研究小组进一步发现了直接由相变引起自旋转换形式62。另外，在一个六重自旋态的簇合物中也发现了这种两步依次进行的自旋转换过程63。正如电子转移在以半醌自由基金属配合物和普鲁士蓝类配合物为代表的电子转移驱动的自旋转换体系中所起的重要作用一样，相变是引起该类配合物自旋转换的根本原因。但是在多数情况下，自旋转换并不一定都伴随着晶相转换的发生和电子的转移。在同一配合物的高自旋态和低自旋态中可以同时保持一种空间群或晶相存在64。这样就引出了一个无法解决或值得讨论的问题，即自旋转换配合物的自旋转换机理是什么！
理论研究表明，大多数配合物的自旋转换机理已经被深入理解；但仍有部分机理至今没有定论。在热力学研究方面，具有相互作用的哈密顿（interaction Hamiltonian）近似是模拟自旋转换现象的最常用方法。Monte Carlo模拟、Ising-type理论模型和CVM（the cluster variation method）方法均是哈密顿近似的具体理论方法。Monte Carlo模拟在两维和三维方向上的短程邻近相互作用进行了分析65，对自旋转换现象（例如两步转换等）提出了一些有趣的见解66，67。Ising-type理论模型64。68，69已经可以定性的解释自旋转换的大多数特征，例如协同效应、热滞回现象、稀释效应和两步转换等等。在CVM方法基础上进一步提出的Bragg– Williams近似70对转换曲线、转换中心和两步转换等特征的解释比较来讲更为合理也更加完善。另外在配位结构方面，McCusker71计算结果表明：自旋转换过程中的内部配位作用，最重要的或许并不是球形配位场的呼吸式振动(例如，扩张-收缩振动等)，而是在于其八面体配位场中的三角扭曲结构。在多数情况下，高自旋态时的这种扭曲结构会比处于低自旋态时严重得多。
在这些理论研究中，最值得一提的模型就是对协同机理的精巧阐明。在这个模型中，Spiering 72把自旋转换分子看成为刚性球体，其体积的大小与自旋态相关，并使之处于某种弹性介质中。当该分子进行自旋转换的时候，其体积大小以及其形状就会随之改变。这样利用晶格的某些约束，迫使最邻近的分子进行自旋转换。该模型可以巧妙的解释单核结构的自旋转换分子的稀释效应。但是不能有效地解释具有较宽热滞回的多核配合物的有些性质。
近年有关自旋转换的热力学研究表明，自旋转换的许多重要指标(如突变度和滞回宽度等)除了决定于分子本身性质外，还与分子间的协同效应，即与分子间的相互作用有关。如Slichter73提出的“正规溶液模型”表明：只有当协同效应达到一定的临界标准时自旋转换才发生突跃性转换和滞回现象。
尽管如此，热力学模型均未提供有关自旋转换分子间相互作用的机理信息。虽然迄今已提出若干从微观角度来探讨此问题的假设，如电－声偶合模型74、姜－泰勒效应引起分子畸变而导致的分子间相互作用75以及不同自旋态分子间弹性相互作用等70，但均未成熟。况且，即使今后弄清了协同效应的机理，由于分子间相互作用很弱，实验上难以控制，所以涉及分子组装的晶体工程是一个比分子设计更为棘手的问题。现时国际上有关实用自旋转换配合物的研制依然是以实验筛选为主、理论预测为辅的方法。
四、自旋转换配合物潜在的应用
90年代以来，自旋转换配合物各种潜在的应用深深地的吸引了各国的科学家，其研究也进入非常活跃的时期。尽管在这方面的应用实例还很少，但是其应用前景却是无庸置疑的。自旋转换配合物中双基态之间的转换对应于离子内的电子跃迁，故不象混合价化合物那样发生离子间的电子转移，也不象光学异构体那样出现化学健的转移。所以自旋转换配合物不会有疲劳现象。转换可按需重复而不改变它的特征76。这点可能是其它具有双稳态的体系所无法比拟的。总体来说，自旋转换配合物潜在的应用可以分为以下几个方面：
由于该类分子存在两种不同的互变稳定态，可以作为分子开关和分子信息存储器使用，并可应用于非线形光学装置77，78。在分子化学中，基于自旋转换配合物制作的分子信息存储器可望是实现计算机小型化发生“量子飞跃”最为理想的体系。
有些具有变色效应的自旋转换配合物有望可以作为彩色显示材料使用26。在此领域中以法国Kahn为首的研究集体和以德国Cütlich为首的研究集体工作最为突出。现在他们已经着手开发一种应用于电话上面的彩色数字显示材料。
由于薄膜比大块材料更适合组装在分子器件中，因此利用自旋转换材料制作薄膜无疑为自旋转换配合物的应用开阔了一个更有意义的前景31。如近年Kahn等人37首次研制出的在室温下有热滞回效应的自旋转换配合物已经被组装在Langmuir-Blodgett薄膜中。
另外，半醌自由基－金属配合物的合成和研究不仅可以揭示自由基和金属离子相互作用的本质，而且还有望在开发新型金属离子探针、分子铁磁体、全息照相和信息存储元件等分子材料领域发挥重要作用50。
最近的文献表明，自旋转换配合物实际应用正在参与到金属蛋白79（肌红蛋白、血红蛋白、细胞色素等）的研究当中。
自旋转换配合物由于其在分子材料领域潜在的重要作用而倍受众多科学家的广泛关注。但要想作为信息存储材料而使用还必须具备以下条件80：(1)自旋转换必须具有明显的突变；(2)自旋转换必须同时伴随滞后现象；(3)滞后回环中心的温度必须尽可能接近室温；(4)自旋转换必须伴随明显的颜色变化；(5)自旋转换配合物必须稳定，且不污染环境．
五、机遇与挑战
从初次发现自旋转换至今几十年的时间里，不论对自旋转换的基础理论还是其在高新材料方面的潜在应用都有了相当深入的认识。但是仍有不少问题没有得到明确地解决。
第一、绝大多数自旋转换配合物只有在低温下才能表现其自旋转换特性。要合成出在常温常压下能够自由转换的分子材料已然是偶然性占主要因素；
第二、根据需要对此类材料进行细微调整已然是一个巨大的挑战。这一情况给它们的广泛应用造成了相当大的障碍；
第三、此类材料的理论研究与实验方法还存在一定的距离，理论研究的成果还远不能对验方法进行有效地指导。尽管在理论研究和实验方法之间已经建立了一定的联系，但是还有许多方面理论研究至今不能给出圆满的解答。
第四、众所周知，配体对材料的性质影响很大，但是如何设计和合成有效的配体也是一个有待解决的问题。
由此可见，在此类研究领域中，依然有许多课题需要我们从理论和实验两个方面去研究和探讨电子自旋转换材料的奥秘！
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