铀元素作为丰度最高的锕系元素之一，常被合成化学领域视作解开锕系元素化学未解之迷的切入点。特别是含铀酰基元的功能配合物，目前已广泛应用于催化、闪烁体材料、磁性材料等领域。开发性能优异、应用场景广泛的铀基磁-光双功能材料的难点在于如何明晰5f电子结构引起性能协同响应行为的机制，为后续精确设计锕系功能材料奠定坚实的理论基础。因此，具有最简单5f¹电子组态的五价铀配合物具有重要的研究价值，它不仅可以用于剖析锕系配合物的构-效关系模型，同时也在光物理/化学性质的化学调控方面展现出巨大的潜力。然而，铀(V)易歧化形成热力学稳定的铀(IV)和铀(VI)，使得功能铀(V)配合物的精准构筑极具挑战性。

图1.指型光致发光的铀(V)单分子磁体

近期，童明良团队利用平面N₆大环配体合成了一例具有六角双锥局部对称性的五价铀酰配合物，并对其理化性质进行了深入探究，其中包括氧化还原活性，磁学和发光性能。结合理论计算，通过电化学、EPR、静态/动态磁性以及吸收/发射光谱等测试手段证实了六价/五价铀酰配合物间内禀转化机理，对组成明确的五价铀酰配合物的磁光性质进行了深入的构效关系研究。该工作首次揭示了基于5f¹电子组态的特征指状光致发光性能和场致单分子磁体行为的协同特性，同时拓展了光活性多氮杂环自由基配体在铀酰配合物中的应用，深入探索了利用光刺激实现铀(VI)到铀(V)的有效转化过程。

图2. 六价铀酰前驱体 (a) 和目标五价铀酰配合物 (c) 的稳态低温精细荧光光谱及其变温荧光光谱 (b, d)。

图3. 五价铀酰配合物的低温X-波段EPR波谱 (a), 直流 (b) 及交流 (c) 磁性以及磁弛豫过程分析 (d)。

该研究以“A Hexagonal Bipyramidal Uranyl(V) Single-Ion Magnet Showing Finger-Type Photoluminescence”为题，发表于Journal of the American Chemical Society。探花精选 为该成果的第一完成单位，论文通讯作者为童明良教授和Richard A. Layfield教授（英国萨赛克斯大学）。该研究得到国家自然科学基金重点和卓越研究群体（原基础科学中心）等项目的资助。

论文信息：

Pei-Yu Liao, Hao-Ran Xing, Yi-Ling Zhong, Xi-Nan Xu, Peng-Xu Lu, Shang-Da Jiang, Cheng-Hui Li, Jun-Liang Liu, Richard A. Layfield*, and Ming-Liang Tong*.A Hexagonal Bipyramidal Uranyl(V) Single-Ion Magnet Showing Finger-Type Photoluminescence, J.Am.Chem.Soc., 2025,147(26),22714−22724.

全文链接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c04541