超价化合物F_nLi_(n+1)(n=1～3)一阶超极化率的理论研究

采用UMP2/6-311+G(3df)方法得到了FnLin+1(n=1～3)体系的8个全部实频的异构体构型,并研究了这些体系的非线性光学性质.结果表明,这类超价化合物具有较大的一阶超极化率值(β0=2299.2～12322.3a.u.).超价化合物中弥散的电子云使体系具有较低的跃迁能,从而决定了FnLin+1具有较大的一阶超极化率.提示非中心对称的超价化合物将是一类潜在的非线性光学分子.     

1,3-D,A取代方酸极化率和一阶超极化率的从头算研究

本文在RHF／6-311 G(3d，2p)水平上，对一系列1，3取代方酸衍生物的几何构型进行了全优化，得到分子最稳定构型，并用CPHF方法计算了分子线性极化率和一阶超极化率，分析了取代基对分子线性和非线性光学性质的影响。     

双咪唑苯和双三唑苯及其衍生物非线性光学性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的UB3LYP(B3LYP)/6-31+G**方法对双咪唑苯和双三咪唑苯双自由基及其衍生物几何结构进行优化,并结合有限场(FF)方法计算这些体系的非线性光学(NLO)系数.结果表明,引入给、受体取代基都能使体系的极化率α和二阶超极化率γ增大.在双自由基体系中,引入给体NH2的α和γ值大于引入受体NO2的值,与闭壳层体系中结果相反.分析自由基成分和电荷对体系的二阶超极化率γ影响的结果表明,处于中间双自由基成分的分子比相似共轭性的闭壳层分子有更大的二阶超极化率γ;带电荷的双自由基体系引入给、受体之后,与中性自由基体系相比具有更大的二阶超极化率γ.     

6,6’-二氧-3,3’-二四联氮自由基及其衍生物不同构象 NLO性质的DFT研究

运用密度泛函理论(DFT) UB3LYP和有限场(FF)方法, 探讨了6,6’-二氧-3,3’-二四联氮自由基及其衍生物构象变化对非线性光学性质的影响, 分析了自由基分子极化率、二阶超极化率对构象、自旋多重度的依赖关系. 结果表明, 不同构象下各体系有效交换积分值都小于零, 自由基间表现为反铁磁性耦合. 各体系单三态不同构象时极化率α值的变化很小, 且不同构象时单重态的α值都大于三重态. 在构象变化过程中, 体系(a)和(b)单重态的二阶超极化率均为负值(体系(a)的45°和135°除外), 且绝对值都小于三重态的二阶超极化率值, 体系(c)的单三重态二阶超极化率值均为正值, 且在分子接近平面构型时, 三重态的γ值大于单重态. 不同的取代基R, 对体系的构型、极化率和二阶超极化率的影响也不同.     

取代基效应对环金属Rh(Ⅲ)配合物二阶非线性光学性质影响的DFT研究

本文采用密度泛函理论(DFT)方法对系列环金属Rh(Ⅲ)配合物的结构与二阶非线性光学性质进行了计算研究.结果显示，配体中取代基的改变对配合物的几何结构和Wiberg键级影响不大.当主配体上的—H被其他强的供/吸电子基团取代时，配合物的极化率增大.其中，对于配合物1-6,主配体或副配体中强供/强吸电子基团的引入均有效地提高了配合物的第一超极化率(β_tot).而在配合物7-12中，配体中取代基的改变对配合物的β_tot值也有所提高，但幅度不大.此外，计算所得的配合物动态超瑞利散射超极化率(β_HRS)值与β_tot值的变化规律一致.对配合物的电子结构与吸收光谱的分析表明，体系具有较大的β_tot值与其吸收光谱的明显红移，较低的电子跃迁能，以及方向一致的电荷转移模式相关.     

超价化合物M_(n+1)F_n(n=1,2;M=Na,K)体系的非线性光学性质的理论研究

采用UMP2/6-311+G(3df)方法研究了一系列化合物M_(n+1)F_n(n=1,2;M=Na,K)体系的几何构型及非线性光学性质(NLO).结果表明:这些体系均为超价化合物,均拥有较大的第一超极化率(β_0).尤其是Na_3F_2体系中结构2c的β_0值为29.16×10~(-49)C~3·m~3·J~(-2),是已知超价化合物Li_3F_2的2c结构的β_0值2.22×10~(-49)C~3·m~3·J~(-2)的13.1倍.     

三联噻吩基查尔酮衍生物的线性光学性质和超快非线性光学响应北大核心CSCD

以α-三联噻吩甲醛为原料,与3种二氯苯乙酮发生Claisen-Schmidt缩合反应,合成了3种含有三联噻吩基的查尔酮衍生物:1-(α-三联噻吩-2-基)-3-(2,4-二氯苯基)丙烯酮(a)、1-(2,5-二氯苯基)-3-(α-三联噻吩-2-基)丙烯酮(b)和1-(3,4-二氯苯基)-3-(α-三联噻吩-2-基)丙烯酮(c)。借助核磁共振波谱仪(^(1)H NMR、^(13)C NMR)和液-质联用谱仪(LC-MS)对其结构进行了表征;采用Z-扫描技术(600 nm,180 fs)测定了3个化合物的非线性光学吸收性能;运用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了它们的极化率(α_(0))、静态第一超极化率(β_(0))、振子强度(f_(0))、跃迁能(ΔE)、基态和最主要激发态之间的偶极矩差(Δμ)、最主要激发态的主要组成、最高占据分子轨道(HOMO)和最低空分子轨道(LUMO)之间的能隙,同时测定了它们的线性光学性质。结果表明,化合物c的紫外吸收波长、荧光发射波长、热稳定性、极化率均最大;化合物a—c均存在分子内电荷转移现象,非线性吸收均为双光子吸收,化合物a、b还有五阶非线性吸收,它们均表现出超快非线性光学响应,可作非线性光学研究备选材料。     

碱金属原子吸附PPV及其衍生物体系的结构和非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法系统研究了碱金属Li原子吸附亚苯基-1,2-亚乙烯基(Phenylenevinylene)聚合物(PPV)及其衍生物(具有给受体基团修饰的)体系的结构和非线性光学性质.Li原子能稳定地吸附在PPV及其衍生物的表面,吸附能高达62.3~78.2 kJ/mol.当碱金属Li原子吸附在[PPV]n(n=2~4)表面时,锂盐效应导致了Li原子和[PPV]n之间发生了明显的电荷转移过程,使体系的一阶超极化率β0从249~756 a.u.明显增加到1.16×104~1.37×105a.u..当碱金属Li原子吸附在只有给体(—NH2)或只有受体(—CN)基团修饰的PPV衍生物{[NH2-(PPV)n]/[(PPV)n-CN]}时,体系的一阶超极化率值进一步提升,分别高达1.61×105a.u.(n=4)和2.85×105a.u.(n=4).这主要源于锂盐效应和Donor-π-Acceptor之间的协同作用导致跃迁能进一步降低所致.在Li原子吸附的具有给受体基团同时修饰的PPV衍生物(Li@[NH2-(PPV)n-CN])体系中,这种协同作用得到进一步加强,显著改善了体系的一阶超极化率(高达3.56×105a.u.,n=4).     

1,2方酸衍生物非线性光学性质的从头算研究

用CPHF方法在abinitio/4-31G+pd水平上计算了四个1,2方酸衍生物分子的线性极化率,一阶和二阶超极化率.从电荷分布,跃迁偶极矩,前沿轨道性质等方面讨论了其结构与性能的关系.研究表明,四元环作为吸电基团(A),取代基作为供电基团(D),组成了D-A-D结构,取代基的性质对分子的非性光学系数有显著影响.     

联吖叮氮氧自由基体系及其衍生物NLO性质的密度泛函理论研究

以实验合成的联吖叮氮氧自由基分子为母体, 设计了7个自由基分子. 采用密度泛函理论(DFT) UB3LYP/6-31g(d,p)方法对这些自由基分子不同自旋态的稳定性和非线性光学(NLO)系数进行计算. 结果表明, 联吖叮氮氧自由基分子及其衍生物三重态为稳定基态, 符合自旋极化规则. 引入给吸电子取代基使自由基体系的极化率αs与二阶超极化率γs值有所增大, 且基团的给吸电子能力越强, αs和γs值增加越明显; 对于一阶超极化率βtot, 自由基体系处于单重态时, 取代基的影响较大. 所有自由基分子三重态的NLO系数都小于单重态, 表明可以通过控制体系的自旋多重度来调节体系的NLO性质.     

新型同分异构芘基查尔酮的理论研究和超快三阶非线性光学响应

合成了3个新型同分异构芘基查尔酮:1-(芘-1-基)-3-(吡啶-2-基)-2-丙烯-1-酮(3a)、1-(芘-1-基)-3-(吡啶-3-基)-2-丙烯-1-酮(3b)和1-(芘-1-基)-3-(吡啶-4-基)-2-丙烯-1-酮(3c)。 通过核磁共振波谱仪(NMR)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)和液-质联用仪(LC-MS)等技术手段表征3个化合物的结构、热稳定性和线性光学性质和三阶非线性光学吸收性能。 结果表明,在532 nm和180 fs条件下,化合物3a-3c均表现出超快三阶非线性光学响应,化合物3c的非线性吸收系数分别是化合物3b和3a的1.14和2.67倍。 运用密度泛函理论方法计算了化合物3a-3c的非线性光学性质及其电子性质,结果表明,化合物3c分子具有最大的静态第一超极化率(β₀)(2830.9 a.u.),并具有最小的最高占据分子轨道(HOMO)-最低空分子轨道(LUMO)之间的能隙(3.11 eV)和最小的跃迁能(ΔE)(2.67 eV),这与N原子在吡啶环上的位置有关;分子内部均存在电荷转移现象。 3个化合物的紫外-可见光谱在450 nm以上无吸收,有良好的热稳定性,在激光防护方面有应用前景。     

双环金属铱(Ⅲ)异腈配合物的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)方法对双环金属Ir(III)异腈配合物的非线性光学(NLO)性质进行计算研究。用B3PW91(UB3PW91)(金属原子采用LANL2DZ基组,非金属原子采用6-31G*基组)方法对配合物进行几何结构优化。在优化构型基础上,采用B3PW91(UB3PW91)和B3LYP(UB3LYP)方法计算了配合物的第一超极化率(βtot),并用CAM-B3LYP(UCAM-B3LYP)(金属原子采用LANL2DZ基组,非金属原子采用6-31G**基组)方法模拟配合物的吸收光谱。结果表明,主配体的取代基(R1)和副配体的取代基(R2)对第一超极化率值贡献不大。配合物发生氧化还原反应,电荷转移方式增多,电荷转移程度增大,使βtot值显著增加,其中1a+([(C∧N)2Ir(CNR)2]+(R=CH3))发生氧化反应和还原反应的βtot值分别增大了75倍和144倍。因此,这类双环金属铱(III)异腈配合物的氧化还原反应可以有效地调节其二阶NLO性质。     

二茂铁基查尔酮衍生物的超快三阶非线性光学响应

合成三例二茂铁基查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(5-溴噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(1)、1-二茂铁基-3-(4-溴噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(2)和1-二茂铁基-3-(5-氯噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(3);采用1H NMR、13C NMR和HR-MS对化合物1～3进行了结构表征,并测定了其热学性质;运用密度泛函理论方法进行结构优化,并计算得到了它们的分子轨道能量和极化率;采用紫外-可见吸收光谱与Z-扫描技术(532nm,180fs)分别测定了三种化合物的线性和非线性光学性质。结果表明,化合物1～3的紫外吸收波长发生明显红移,且1的非线性吸收幅度、极化率和分子超极化率最大; 1、2和3均存在分子内电荷转移现象,表现出超快三阶非线性光学响应。     

二茂铁基查尔酮衍生物的超快三阶非线性光学响应

合成三例二茂铁基查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(5-溴噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(1)、1-二茂铁基-3-(4-溴噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(2)和1-二茂铁基-3-(5-氯噻吩-2-基)-2-丙烯-1-酮(3);采用1H NMR、13C NMR和HR-MS对化合物1～3进行了结构表征,并测定了其热学性质;运用密度泛函理论方法进行结构优化,并计算得到了它们的分子轨道能量和极化率;采用紫外-可见吸收光谱与Z-扫描技术(532nm,180fs)分别测定了三种化合物的线性和非线性光学性质。结果表明,化合物1～3的紫外吸收波长发生明显红移,且1的非线性吸收幅度、极化率和分子超极化率最大; 1、2和3均存在分子内电荷转移现象,表现出超快三阶非线性光学响应。     

碱金属阳离子M+的引入及质子化对[V12O32]4-二阶非线性光学性质影响的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了碗状钒多酸阴离子[V12O32]4-、其碱金属阳离子衍生物[V12O32M]3-(M=Li,Na,K)及质子化衍生物的几何结构和二阶非线性光学(NLO)性质.结果表明,碱金属阳离子M+的引入对体系的几何结构和第一超极化率(β0)影响很小;而质子化的位置和取向对体系的几何结构和第一超极化率均有较大影响,与钒多酸阴离子[V12O32]4-相比,碗中部桥氧质子化体系的β0值增大,且比碗口处及碗底处桥氧质子化体系的β0值大270～400 a.u.     

噻唑衍生物电子光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

采用量子化学密度泛函方法(DFT)在B3LYP/6-31G(d)水平上对有机二阶非线性光学生色团(E)-2-(5-(4-(双(4-甲氧苯基)氨基)苯乙烯基)噻唑-5)三氰乙烯(TPA-Ti2-TCV)(1)和(E)-2-(5-(4-(双(4-甲氧苯基)氨基)苯乙烯基)噻唑-2)三氰乙烯(TPA-Ti5-TCV)(2)进行几何构型的完全优化, 在优化所得构型的基础上, 采用含时密度泛函方法(TDDFT)在6-31G(d)基组水平上计算了电子吸收光谱的跃迁性质. 再采用有限场法(FF)在B3LYP/6-31G(d)水平上计算了分子的一阶超极化率β. 计算结果表明, 三芳胺在噻唑环上取代C5比取代C2有更大的一阶超极化率, 这是由于噻唑的区域化学性导致ΔE_HOMO-LUMO(TPA-Ti2-TCV)比ΔE_HOMO-LUMO(TPA-Ti5-TCV)大很多造成的.     

表面吸附碱金属原子的超短碳纳米管体系的结构和非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)方法系统研究了表面吸附碱金属Li原子的超短碳纳米管([8]cyclophenacene)体系的结构和非线性光学性质.在这些体系中,Li原子均能稳定地吸附在超短碳纳米管表面,其吸附能高达84.0~106.2 kJ/mol.当吸附1~2个Li原子时,Li原子和碳纳米管之间发生了明显的电荷转移过程,使体系的一阶超极化率(β0)值明显改善,β0值从0迅速增加到3.42×103~8.29×103a.u.;当吸附的Li原子数增加到3时,体系内部产生了额外电子,有效地降低了体系最主要跃迁的跃迁能,使体系的一阶超极化率进一步提升(高达2.59×106a.u.).此外,Li原子之间的距离也是影响吸附体系β0值的重要因素.     

含绿色荧光蛋白发色团双自由基分子的非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了系列含绿色荧光蛋白发色团双自由基分子光学异构体的几何结构、极化率(αs)和第一超极化率(βtot).结果表明,引入电子给受体取代基使分子的极化率增大,而对第一超极化率有不同影响.对于光照前的反式结构,引入电子受体βtot值增加,且βtot值随取代基吸电子能力的增强而增大;引入电子给体βtot值降低,且βtot值随取代基给电子能力的增强而减小.当分子变成相应的顺式结构时,其βtot值变化趋势与反式结构的结果正好相反.光异构化前后分子的βtot值变化不同,引入电子受体使顺式结构的βtot值比反式结构的小,其中―NO2使顺式结构的βtot值减小为反式结构的1/6;引入电子给体使反式结构的βtot值比顺式结构的小,其中―NH2使反式结构的βtot值减小为顺式结构的1/6.从而,光异构化起到调节非线性光学(NLO)响应的作用.     

取代基对corrole二阶非线性光学性质的影响

在6-31G(d,p)水平上用B3LYP方法对三苯基corrole(TPC)以及氟苯基corrole系列分子进行几何构型优化.用ZINDO/SOS方法计算了这些分子的一阶超极化率.计算结果表明:TPC分子由于其结构非中心对称使其具有大小为2.46×10-50 C3·m3·J-2的一阶超极化率.引入氟苯基后,氟取代苯基corrole系列分子的一阶超极化率均有显著提高,其中5位及10,15位氟苯基取代的corrole分子具有较大的一阶超极化率(3.71×10-49 C3·m3·J-2).氟苯基corrole系列分子一阶超极化率提高主要起源于分子的二能级分量及三能级分量显著增大,且二能级分量与三能级分量大小相当、符号相同.计算表明,二能级分量的增大主要来源于第三激发态(B1)与基态之间的偶极矩的变化.跃迁通道分析表明三能级分量的增大主要通过改变与结构敏感的激发态跃迁通道,即由TPC分子B带与Q带的耦合变成了氟苯基corrole分子B带内2个不同激发态的耦合.     

用有限场和耦合微扰方法对N-氧化吡啶及其-NH2,-NO2单双取代衍生物非线性光学性质的研究

用 FF/PM3 ,FF/AM1 ,CPHF/PM3方法 ,对 N -氧化吡啶及其— NH2 ,— NO2 单双取代衍生物体系的非线性光学性质进行了理论研究 .结果表明 ,这类化合物具有很好的非线性光学性质 ,其中 2 -NH2 -5-NO2 -Py-1 -O和 2 -NH2 -4 -NO2 -Py-1 -O的二阶非线性光学系数均很大 ,而 2 -NH2 -5-NO2 -Py-1 -O三阶非线性光学系数最大 ,且略大于 1 -NH2 -4 -NO2 -Ph