Towards a semi-empirical analysis of exchange interactions in metalorganic frameworks with open d-shell ions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The MagAîxTic program package based on the theory of effective Hamiltonian for crystal field and designed to estimate parameters of effective exchange between magnetic moments localized in the d-shells is augmented by the smaller ferromagnetic contributions to those parameters. The updated package is tested on the example of the three-nuclear basic acetates of iron(III) and chromium(III) of the composition μ3-OM3(CH3COO)6, as well as of their mixed analogs. It is shown that the developed/upgraded package is capable to reproduce both the orders of magnitude of the exchange parameters in the range of dozens cm-1 and their trends upon transition from one metal to another.

About the authors

A. L. Tchougréeff

A. N. Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: tchougreeff@phyche.ac.ru
Russian Federation, Moscow, 119071

References

  1. Li J.R., Kuppler R.J., Zhou H.C. // Chem. Soc. Rev. 2009. V. 38. P. 1477.
  2. Liu J., Chen L., Cui H. et al. // Ibid. 2014. V. 43. P. 6011.
  3. Zhou H.-C.J., Kitagawa S. // Ibid. 2014. V. 43. P. 5415.
  4. Fischer R., Kaskel S., Kitagawa S. // Microporous and Mesoporous Materials. 2015. V. 216. P. 1.
  5. Li H., Wang K., Sun Y. et al. // Materials Today. 2018. V. 21. P. 108.
  6. Jiao L., Wang Y., Jiang H.L., Xu Q. // Adv. Mater. 2018. V. 30.
  7. Safaei M., Foroughi M.M., Ebrahimpoor N. et al. // TrAC – Trends in Anal. Chem. 2019. V. 118. P. 401.
  8. Coronado E., Espallargas G.M. // Chem. Soc. Rev. 2013. V. 42. P. 1525.
  9. Берсукер И.Б. Электронное строение и свойства координационных соединений: Введение в теорию. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, Лен. отд., 1986.
  10. Navarro J.A.R., Barea E., Rodríguez-Diéguez A. et al. // J. of the Amer. Chem. Soc. 2008. V. 130. P. 3978.
  11. Mínguez Espallargas G. and Coronado E. // Chem. Soc. Rev. 2018. V. 47. P. 533.
  12. Horcajada P., Surblé S., Serre C. et al. // Chem. Commun. 2007. P. 2820–2822.
  13. Momma K., Izumi F. // J. of App. Crystallogr. 2011. V. 44. P. 1272.
  14. Sciortino L., Alessi A., Messina F. et al. // The J. of Phys. Chem. C. 2015. V. 119. P. 7826–7830.
  15. Koch W., Holthausen M. A Chemist’s Guide to Density Functional Theory, v. 2. Wiley-VCH, Weinheim, 2002.
  16. Chung Y., Camp J., Haranczyk M. et al. // Chem. of Mater. 2014. V. 26. P. 6185.
  17. Chung Y.G., Gómez-Gualdrón D.A., Li P. et al. // Sci. Adv. 2016. V. 2.
  18. Gómez-Gualdrón D., Colón Y., Zhang X. et al. // En. Envir. Sci. 2016. V. 9. P. 3279.
  19. Colón Y., Gómez-Gualdrón D., Snurr R. // Growth Des. 2017. V. 17. P. 5801.
  20. Colón Y., Snurr R. // Chem. Soc. Rev. 2014. P. 5735.
  21. First E.L., Floudas C.A. // Microporous and Mesoporous Materials. 2013. V. 165. P. 32.
  22. Gounaris C., Wei J., Floudas C. et al. // AIChE J. 2009. V. 56. P. 611.
  23. Glover J., Besley E. // Faraday Discussions. 2021. V. 231. P. 235.
  24. Burkert U., Allinger N.L. Molecular mechanics. Washington: ACS, 1982.
  25. Leach A. Molecular Modelling: Principles and Applications, 2. Prentice Hall, Harlow, 2001.
  26. Frenkel D. Understanding molecular simulation: from algorithms to applications, 2007.
  27. Rappé A., Goddard III W. // J. Phys. Chem. 1991. V. 95. P. 3358.
  28. Kresse G., Furthmüller J. // Comput. Mater. Sci. 1996. V. 6. P. 15.
  29. Gonze X. // Comput. Phys. Commun. 2009. V. 180. P. 2582.
  30. Giannozzi P., Baroni S., Bonini N. et al. // J. of Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21. P. 395502.
  31. Schwarz K., Blaha P. // Comput. Mater. Sci. 2003. V. 28. P. 259.
  32. Hutter J., Iannuzzi M., Schiffmann F., Vandevondele J. // WIREs Comput. Mol. Sci. 2014. V. 4. P. 15.
  33. Nazarian D., Camp J.S., Chung Y.G. et al. // Chem. of Mater. 2016. V. 29. P. 2521.
  34. Ruiz E., Cano J., Alvarez S., Alemany P. // J. of Comput. Chem. 1999. V. 20. P. 1391.
  35. Ruiz E., Llunell M., Alemany P. // J. Sol. State. Chem. 2003. V. 176. P. 400.
  36. Ruiz E. In: Principles and Applications of Density Functional Theory in Inorganic Chemistry II / Ed. by N. Kaltsoyannis, J. McGrady. Springer-Verlag, 2004. V. 113 of Structure and Bonding, p. 71–102.
  37. Mavrandonakis A., Vogiatzis K.D., Boese A.D. et al. // Inorg. Chem. 2015. V. 54. P. 8251.
  38. Blake A.B., Yavari A., Hatfield W.E., Sethulekshmi C.N. // J. of the Chem. Soc. Dalton Transactions. 1985. P. 2509.
  39. Plekhanov E., Tchougr´eeff A., and Dronskowski R. // Comp. Phys. Comm. 2019. P. 107079.
  40. Plekhanov E., Tchougréeff A. // Comp. Mat. Sci. 2021. V. 188. P. 110140.
  41. Tchougréeff A., Plekhanov E., Dronskowski R. // J. Comp. Chem. 2021. V. 42. P. 1498.
  42. Epifanovsky E., Gilbert A.T.B., Feng X., Lee J., Mao Y., Mardirossian N., Pokhilko P., White A.F., Coons M.P., Dempwolff A.L. et al. // The J. of Chem. Phys. 2021. V. 155.
  43. Lee H., Lee H., Ahn S., Kim J. // ACS Omega. 2022. V. 7. P. 21145.
  44. Zhang M., Wang W., Chen Y. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. P. 2211.
  45. Anderson P. // Sol. St. Phys. 1963. V. 14. P. 99.
  46. Soudackov A.V., Tchougreeff A.L., Misurkin I.A. // Theor. Chim. Acta. 1992. V. 83. P. 389.
  47. Tchougréeff A.L., Soudackov A.V., van Leusen J. et al. // Int. J. of Quant. Chem. 2016. V. 116. P. 282.
  48. Tchougréeff A.L., Soudackov A.V. // Russ. J. of Phys. Chem. A. 2014. V. 88. P. 1904.
  49. Popov I., Plekhanov E., Tchougréeff A., Besley E. // Mol. Phys. 2023. V. 121. e2106905.
  50. Popov I., Raenko D., Tchougréeff A., Besley E. // J. of Phys. Chem. C. 2023. V. 127. P. 21749.
  51. Tchougreeff A.L., Dronskowski R. // J. of Phys. Chem. A. 2013. V. 117. P. 7980.
  52. Goodenough J. Magnetism and the Chemical Bond. Interscience-Wiley, New York, 1963.
  53. Вонсовский С.В. Магнетизм. М.: Наука, 1984.
  54. Tchougréeff A. Effective Hamiltonian Crystal Field for Magnetic Interactions in Polynuclear Transition Metal Complexes. Sequential Derivation and Exemplary Numerical Estimates. 2013. URL https://arxiv.org/abs/1301.1036
  55. Löwdin P.-O. // J. of Math. Phys. 1962. V. 3. P. 969.
  56. Weihe H., Güdel H.U., Toftlund H. // Inorg. Chem. 2000. V. 39. P. 1351.
  57. Ruderman M.A., Kittel C. // Phys. Rev. 1954. V. 96. P. 99.
  58. Kasuya T. // Progress of Theor. Phys. 1956. V. 16. P. 45.
  59. Yosida K. // Phys. Rev. 1957. V. 106. P. 893.
  60. Van Vleck J.H. // Rev. of Mod. Phys. 1962. V. 34. P. 681.
  61. Long G.J., Robinson W.T., Tappmeyer W.P, Bridges D.L. // J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1973. P. 573–579.
  62. Pople J.A., Beveridge D.L. Approximate Molecular Orbital Theory. McGraw-Hill Book, New York, 1970.
  63. Sinitsky A.V., Darhovskii M.B., Tchougreeff A.L., Misurkin I.A. // Int. J. of Quant. Chem. 2002. V. 88. P. 370.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».