14顶点双取代碳硼烷和金属硼烷极化率和二阶超极化率的DFT研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT) B3LYP/6-31G(d)方法对14顶点双取代碳硼烷和金属硼烷几何构型进行优化, 结合有限场(FF)方法计算了各体系的极化率和二阶超极化率. 同时金属硼烷中金属原子采用赝势基组进行计算, 讨论基组对计算结果的影响. 结果表明, 14顶点碳硼烷和金属硼烷中碳和金属元素的成键方式不同, 金属硼烷中各原子间距离比碳硼烷中大, 平面偏移角增大. 金属原子的引入有效增加分子的NLO系数, 同时金属硼烷的前线分子轨道能级差比碳硼烷小很多, 金属硼烷材料有可能表现出半导体甚至导体特性, 金属原子采用不同基组对计算结果影响不大.     

氟代十二顶点碳硼烷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,计算并分析了四氟取代十二顶点碳硼烷及其衍生物的结构和非线性光学(NLO)性质.结果表明,改变四氟碳硼烷取代基的共轭性或给吸电子能力,会使分子中碳硼笼原子间距离发生改变.碳硼烷取代基的给吸电子能力越强,其偶极矩越大.分子极化率随取代基共轭性和体积的增加而增大.引入强吸电子基或增加四氟碳硼烷取代基的共轭性,可使其二阶NLO响应明显增强.通过分析分子的电子光谱和对应的分子轨道组成可知,第一超极化率最大的分子4a’发生碳硼笼到并苯取代基的电荷转移.     

7,10,12顶点Fe(Ⅱ)碳硼烷夹心配合物NLO性质的DFT研究

采用密度泛函理论(DFT)CAM-B3LYP方法对系列7,10,12顶点Fe(Ⅱ)碳硼烷与1,2,4,5-Me4C6H2(dur1),1,2,3,4-Me4C5H(dur2)形成的夹心配合物的非线性光学(NLO)性质进行了计算分析.结果表明,Fe(Ⅱ)碳硼烷的顶点数和硝基的取代位置影响分子的几何构型,从而影响分子的NLO性质;Fe(Ⅱ)碳硼烷夹心配合物的偶极矩与极化率随碳硼烷的顶点数增加而增大;10顶点Fe(Ⅱ)碳硼烷分子的前线分子轨道能级差较小,其第一超极化率βtot值大于12及7顶点Fe(Ⅱ)碳硼烷分子;硝基与Fe(Ⅱ)处于对位时,其βtot值大于未取代分子;硝基与Fe(Ⅱ)处于邻位时,βtot值较未取代分子小;在此类Fe(Ⅱ)碳硼烷夹心配合物中,碳硼烷既可以作电子给体,也可以作电子受体.     

二芳基氨(硼)-π-碳硼烷三元化合物的二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二芳基氨(硼)-π-十二顶点碳硼烷三元化合物的结构及二阶非线性光学(NLO)性质进行计算.结果表明,化合物共轭桥长度及二芳基氨(硼)对化合物偶极矩的影响较小.随着分子共轭桥的增长,分子的电子空间范围R2增大,从而使极化率和第一超极化率增大.通过分析化合物的电子光谱和对应的分子轨道组成可知,分子中电荷转移主要发生在二芳基氨(硼)和π-桥之间,碳硼烷的贡献较少.二芳基氨和二芳基硼的供电子能力差异可以调节分子的二阶NLO响应.     

十二顶点邻位双取代碳硼烷衍生物二阶NLO性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP/6-31G*方法, 对系列十二顶点邻位双取代碳硼烷(C2B10H12)衍生物的几何构型进行优化. 在所得优化结构的基础上, 结合有限场方法(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对这些分子的二阶非线性光学(NLO)活性及电子吸收光谱进行了研究. 结果表明, 邻位双取代碳硼烷有较强的吸电子作用, 与有机基团形成D-π-A结构时, 可以起到很好的受体作用. 当给体部分或桥的共轭性好, 给体的给电子能力强时, 邻位双取代碳硼烷的吸电子作用更明显, 从而增强了分子的二阶NLO响应.     

碳硼烷桥连噻吩化合物结构和二阶非线性光学系数的DFT计算

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,计算分析了7个以碳硼烷和苯环为桥连基团化合物的非线性光学(NLO)特征,结果表明:桥连基团的体积越大,对提高极化率的值越有利;分子桥连部分的电子离域性以及分子的几何构型对二阶NLO系数有重要影响,电子跃迂时的电荷转移程度对二阶NLO性质有较大贡献.通过分析分子的电子光谱和对应的...     

含四硫富瓦烯Schiff碱配体和配合物二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP(UB3LYP)/6-31g*方法对含四硫富瓦烯Schiff碱配体和它的Fe(III/II),Co(II),Ni(III/II),Cu(II)配合物的极化率和二阶非线性光学(NLO)性质进行了研究,并对其中闭壳层分子采用含时密度泛函理论(TD-DFT)方法计算了电子光谱.结果表明:含四硫富瓦烯Schiff碱配体本身具有较大的二阶NLO系数,二价金属配合物二阶NLO系数与配体接近,三价金属配合物二阶NLO系数约为配体的30倍.金属配合物不同自旋多重度时其二阶NLO系数相差不大.结合配体和配合物的前线分子轨道分析可知,配体和二价金属配合物的二阶NLO系数主要是配体内的电荷转移(ILCT)的贡献,三价金属配合物既有ILCT又有金属与配体间电荷转移(MLCT),同时前线分子轨道能级差显著减小,因此它们的二阶NLO系数显著增大.     

12顶点碳硼烷Ni(Ⅱ)配合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论方法, 计算分析了系列12顶点碳硼烷Ni(Ⅱ)配合物的非线性光学(NLO)性质和电子光谱. 结果表明, 2个P(CH₃)₃配体的结构变化对配合物的原子间距离影响较小, Ni(Ⅱ)配合物的极化率随取代基共轭性和空间体积的增加而增大. 增强配合物的共轭性及改变P(CH₃)₃配体结构对二阶NLO系数有明显影响, 其中取代基为苯胺的配合物5b的第一超极化率总有效值(β_tot)最大. 分析配合物的电子光谱和相应的分子轨道组成可知, 配体内的电荷转移以及配体到金属的电荷转移对二阶NLO系数贡献较大.     

咪唑氧自由基分子NLO性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT) UB3LYP方法, 在6-31g(d)水平上对2,2’-(1,2-乙炔基-4,1-亚苯基)双[4,4’,5,5’-四氢]咪唑氧自由基分子及其异构体的自旋耦合性质进行分析, 并结合有限场(FF)方法计算它们的非线性光学(NLO)系数, 以探讨咪唑氧环在共轭链不同位置时体系的自旋耦合规律和NLO系数. 结果表明, 所有体系基态自旋符合自旋极化规则, 它们的极化率随自旋多重度的增加而减小; 一阶超极化率因受分子对称性影响, 对称性不同其一阶超极化率的变化也不同; 二阶超极化率呈现随着自旋多重度的增加而增加的趋势. 从理论上探讨这些自由基分子自旋耦合规律与NLO活性的关系, 为有机自由基NLO材料的分子设计与实验研究提供一定的理论依据.     

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.     

含有噻唑生色团的Y-型有机分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法优化了一系列含有噻唑生色团的Y-型有机杂环分子的几何构型, 在此基础上结合有限场(FF)方法和含时密度泛函理论(TD-DFT)对分子的非线性光学(NLO)活性和电子光谱进行计算分析. 结果表明, 这些分子具有A-π-D-π-A(A: 受体, D: 给体)结构, 分子基态偶极矩、极化率和二阶NLO系数(β)随支链共轭桥的增长及生色团共轭效应的增大而增大. 同时, 该系列有机杂环分子的二阶极化率总的有效值(βtot)与其前线分子轨道能级相关, 分子的前线分子轨道能级差越小, βtot值越大.     

六元碳环邻位对称取代的Λ-型分子非线性光学系数的计算

采用密度泛函理论(DFT)的BHandHLYP/6-31G*方法,对3类含有六元碳环的Λ-型分子的几何构型进行优化.在优化结构的基础上,结合有限场方法(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)对分子的二阶非线性光学(NLO)活性及电子吸收光谱进行研究.结果表明,在拐点处环己烷的构象不同时,分子电荷分布、偶极矩、极化率、二阶NLO系数和电子吸收光谱等变化很小.以苯环为拐点片段的分子有所不同,当支链取代基R增大时,以苯环为拐点片段分子的极化率和二阶NLO系数增加明显.     

以三亚吡嗪为中心的有机共轭分子的二阶NLO性质研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-311G**方法,对一系列以三亚吡嗪为中心的有机共轭分子的二阶NLO性质和电子光谱进行了理论研究.结果表明,取代基推、拉电子能力的变化、相对数目及共轭桥的性质对研究分子的极化率及二阶NLO系数都有较大的影响.当研究分子以甲氨基为供体、以三氰基乙烯为受体、并以C=C双键为共轭桥时,显示了较大的二阶NLO活性和良好透光性的优化.该系列分子在NLO材料领域有较好的潜在应用价值.     

三聚咔唑为中心的准八极矩分子二阶NLO性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31G*方法,对一系列以三聚咔唑为中心核的准八极矩分子的几何结构进行优化,在所得优化结构的基础上,结合有限场方法(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)探讨了体系的二阶非线性光学(NLO)性质和电子光谱。结果表明,研究分子的极化率(α)及二阶NLO系数(β)随着取代基吸电子能力的增强而增大。当研究分子以三氰基苯乙烯为受体,碳-碳双键为共轭桥时,显示了较大的二阶NLO系数和良好透光性的优化,说明准八极矩分子内多重电荷转移可以有效地解决"非线性-透光性"矛盾。该系列分子在非线性材料领域中有望成为具有良好应用价值的候选分子。     

含二茂铁双Schiff碱配体及其Ni(Ⅱ)配合物电子光谱和二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法,对含二茂铁双Schiff碱配体及其Ni(Ⅱ)配合物的几何构型进行优化.在得到稳定构型的基础上,采用含时密度泛函理论(TD-DFT)的B3LYP方法计算了配合物的电子光谱,并结合有限场(FF)方法研究了配体和配合物的极化率和二阶非线性光学(NLO)性质.结果表明,配体中引入Ni(...     

含咔唑生色团的有机芳香杂环分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31G^*方法, 对一系列含咔唑生色团的有机芳香杂环分子进行结构优化, 并采用有限场(FF)和含时密度泛函理论(TD-DFT)方法在6-311G^**水平上探讨了体系的二阶非线性光学(NLO)性质和电子光谱. 结果表明, 咔唑取代基推或拉电子能力的改变和引入芳香杂环对研究分子的极化率α和二阶NLO系数β值都有较大影响. 当取代基分别连有拉电子硝基和推电子羟基, 以及引入呋喃杂环都可以使体系分子的β值随分子的最大吸收波长λ_max的增大而减小(蓝移). 该系列化合物兼具有很大的二阶非线性响应与良好的透光范围, 避免了“非线性-透光性”矛盾, 可能在非线性材料领域中有很大的潜在应用价值.     

含有咪唑生色团系列树型有机分子二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*方法计算研究了系列树型含有咪唑生色团的有机分子的结构和非线性光学性质.计算结果表明:该系列分子具有A- -D- -A(A:受体,D:给体)结构,分子基态的偶极矩、极化率、二阶NLO系数( )随共轭链的增长及吸电子基的增强而增大;同时,前线轨道能级差值越小此类分子的二阶极化率总有效值( )越大.计算的吸收光谱显示此系列树型分子在低能区域247.79nm-419.87nm都有一个最强吸收,并且均是最高占据轨道与最低空轨道之间的跃迁.     

A sum-over-state scheme of analysis of hyperpolarizabilities and its application to spiroconjugated molecular system

The static first and second hyperpolarizabilities of a number of spiromolecules with varying degree of polarity have been calculated at the HF and MP2 level using the 6-31+G* basis set and the B3LYP/6-31+G* optimized geometry. The variation of mean second hyperpolarizability in these molecular systems has been explained in terms of the ground state dipole moment, mean linear polarizability and second-order polarizability. A number of relationships among these quantities have been derived in the framework of the sum-over-state scheme and the generalized Thomas–Kuhn sum rule. The spiroconjugation results in the significant increase of the mean polarizability. The appreciable enhancement of first hyperpolarizability due to the spiroconjugation between two dipolar monomer units has been accounted for the rather significant increase of the mean polarizability tensor and the ground state dipole moment. The relatively larger value of the average second hyperpolarizability of the spiroconjugated molecules compared to that of the corresponding monomers arises from the rather significant increase of the nonaxial component γ _xxyy . The replacement of spirocarbon by spirosilicon results in the enhancement of the cubic polarizability manifold. The donor–acceptor substituted spirocompounds are predicted to be the superior third-order nonlinear optical (NLO) phores. The nature of π-conjugation in the monomer units around the spirocenter shows a strong modulation of the NLO properties of spirocompounds. The influence of electron correlation on the NLO properties at the MP2 level has been found to be rather significant.     

反式-双(二甲基苯膦)铂配合物二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法,在6-31G(d)的水平上对两种反式-双(二甲基苯膦)铂配合物的几何构型进行优化,在获得稳定构型基础上,利用TD-B3LYP方法得到体系的UV-Vis吸收光谱,并用有限场(FF/B3LYP)方法探讨体系的二阶非线性光学性质(NLO).结果表明,此类铂配合物具有较大的二阶极化率,以及在可见光范围内透明等优点,是具有很好应用前景的非线性光学材料.