F-(H2O)n(n=1～4)体系的结构、偶极矩、极化率和一阶超极化率的从头计算

用MP2方法得到F^-(H₂O)_n(n=1～4)体系的优化几何结构.依据优化结构计算偶极矩μ₀、极化率α₀、各向异性极化率Δα和一阶超极化率β₀,研究了基组效应.讨论了溶剂水分子数、溶剂水分子排布及溶剂层数变化诸因素对体系超极化率等性质的影响.     

五元杂环分子超极化率的电子相关效应

用有限场方法在HF和MP4水平上计算呋喃、吡咯和噻吩的极化率、一阶和二阶超极化率.结果表明,电子相关效应对各阶极化率,尤其是高阶极化率影响较大.MP2计算值较HF有显著改善,一阶超极化率的MP2,MP3和MP4计算值依次增大,二阶超极化率的MP2和MP4值相近,而MP3值小于MP2.呋喃、吡咯和噻吩的各阶极化率在各级微扰中均具有与HF水平上一致的相对大小顺序.     

配体数与电子化物的一阶超极化率的碱金属原子序数依赖性

用MP2方法得到单配位电子化物M—X(M=Li, Na, K; X=NH3, NCH, HF)和二配位电子化物M—(FH)2(M=Li, Na, K)的几何结构. 使用高水平的QCISD/6-311++G(3df, 3pd)计算了它们的一阶超极化率β0. 在单配位的电子化物中, 单调的一阶超极化率的碱金属原子序数依赖性未表现出来, 而二配位电子化物 M—(FH)2(M=Li, Na, K)的β0值随着碱金属原子序数的增加而增加, 这与文献报道的四配位相关体系的情况一致. 这表明, 电子化物中配位数与一阶超极化率碱金属原子序数依赖性相关.     

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.     

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).     

X…H2O（X=Li，Na，K）非线性光学性质的从头算理论

在MP2水平上采用6-311G基组计算了van der Waals复合物X…H2O(X=Li, Na, K)的非线性光学性质(μ, α, β), 讨论了基组效应和电子相关效应对计算结果的贡献. 在MP2/6-311++G(2df, 2pd)水平上计算得到的三个复合物分子X(X=Li, Na, K)•••H2O的非线性光学性质. 结果表明, 三种复合物分子均具有巨大的一阶超极化率, 其中最外层电子的弥散特性对一阶超极化率有很大的影响.     

[Li…X]e-[1](X=FH,OH2, NH3)的光电性质从头算

在MP2理论水平上采用6-311G基组系列计算了一价阴离子van der Waals复合物[Li…X]e-[1](X=FH, OH2, NH3)的偶极矩(μ)、平均极化率(α)以及平均一阶超极化率(β), 讨论了基组效应和电子相关效应对计算结果的影响, 比较了价电子对复合物一阶超极化率的贡献. 在MP4(SDQ)/6-311++G(2df, 2pd)水平上计算得到[Li…FH]e-[1]的μ=2.5633 a.u., α=1.0476×10³ a.u., β=1.0948×10⁵ a.u.；[Li…OH2]e-[1] 的μ=2.3204 a.u., α=1.2201×10³ a.u., β=2.1410×10⁵ a.u.；[Li…NH3]e-[1]的μ=2.4687 a.u., α=1.4817×10³ a.u., β=3.4040×10⁵ a.u.. 计算结果表明, 三种一价阴离子复合物分子均具有非常大的一阶超极化率, 而一个价电子对复合物的一阶超极化率的贡献超过1.0×10⁵ a.u..     

锂掺杂胺化物中氮原子配位数效应对结构和非线性光学性质的影响

采用MP2／6—311＋＋G（d,p）方法得到了含有不同氮原子配位数的系列锂掺杂胺化物的几何结构,并使用MP2／6．311＋＋G（2d,p）方法计算了该系列的非线性光学性质．结果表明：相对于未掺杂体系,锂掺杂极大地增加了体系的一阶超极化率（β0）,其中1的β0值是掺杂前的3238倍;体系的风随着氮原子配位数的增加而显著增加,具有3个配位氮原子的1的风值达到2．8×10^5a．u．另外,频率依赖的一阶超极化率（β（-ω;ω,0）和β（-2ω;ω,0））也表现了同样的趋势．     

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.     

碱金属化物M+aza222M′- (M,M′=Li,Na, K)的结构及非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP方法得到具有有机穴状配体的碱金属化物M+aza222M′-(M,M′=Li,Na,K)的几何结构.并使用了BHandHLYP方法计算了此体系的非线性光学(NLO)性质.结果表明:该体系具有很大的一阶超极化率(β0),对于Li+aza222K-体系,β0值达到1.0×106a.u.;体系的β0值及配体aza222内外的碱金属之间距离与碱金属的原子序数均存在着依赖关系.通过与其它碱金属化物的β0值对比发现,aza222配体能够显著增大碱金属化物的一阶超极化率.     

Theoretical investigation of the large nonlinear optical properties of (HCN)n clusters with Li atom

Two new classes of (HCN)(n)...Li and Li...(HCN)(n) (n = 1, 2, 3) clusters with the electride characteristic are formed in theory by the metal Li atom attaching to the (HCN)(n) (n = 1, 2, 3) clusters. Because of the interaction between the Li atom and the (HCN)(n) part, the 2s valence electron of the Li atom becomes a loosely bound excess electron. Our high-level ab initio calculations show that these new clusters with the excess electron have large first hyperpolarizabilities, for example, beta(0) = -15,258 au for (HCN)...Li and beta(0) = -3401 au for Li...(HCN) at the QCISD/6-311++G(3df,3pd) level (only beta(0) = -2.8 au for HCN monomer(26)). Obviously, the excess electron from the Li atom plays a crucial role in the large first hyperpolarizabilities of these clusters. The beta(0) value of (HCN)(n)...Li (beta(0) > 10(4) au, from sigma --> pi* transition) is larger than that of Li...(HCN)(n) (beta(0) > 10(3) au, from sigma --> sigma* transition) for n = 1, 2, or 3. In addition, two interesting rules have been observed. They are that |beta(0)| decreases with lengthening of the HCN chain for (HCN)(n)...Li clusters and that |beta(0)| increases as n increases for Li...(HCN)(n) clusters. In this paper, we discuss two classes of clusters that are highly similar to the electride structure model, of which the structural characteristics are that alkali metal atoms ionize to form cations and trapped electrons under the action of other polar molecules. Thus, the investigation on the large first hyperpolarizabilities of (HCN)(n)...Li and Li...(HCN)(n) (n = 1, 2, 3) may prompt one to study the unusual nonlinear optical responses of some electrides.     

供体-锯齿型碳纳米管-受体的非线性光学响应对管径的依赖性

用密度泛函 B3LYP 方法得到一系列不同管径的氨基-硝基双取代纳米管NH₂-(n,0)CNT-NO₂ (n＝5～10)的几何结构. 用CAM-B3LYP 方法计算了体系的第一超极化率(β₀). 研究表明, β₀ 对管径大小有着极强的依赖性. 特别是对偶数纳米管(n＝6, 8 和10), 其β₀ (5.5×10³～9.8×10⁴ au)是奇数纳米管β₀ (1.0×10³～2.8×10³ au)的5～35 倍.     

某些过渡金属钌配合物非线性光学性能的从头算和密度泛函理论研究

实验发现金属钌的某些配合物具有大的非线性光学性能。我们的理论研究表明 金属钌配合物[Ru(NH_3)_4L~DL~A]~(n+) (n = 2，3；L~D，L~A =吡啶衍生物配体) 的非线性光学性能取决于推电子基团L~D的给电子能力以及拉电子基团L~A的受电子 能力，L~D和L~A的推拉电子越强越有利于提高配合物的二阶非线性光学系数β，因 此带正电荷的L~A能大幅度提高β值。虽然增加共轭体系的长度有利于提高β值， 但在Ru的配合中，吡啶环间或吡淀环与苯环间不一定要保持共面也会有大的β值。 DFT和ab initio方法的计算结果对比表明，对于含过渡金属Ru的化合物，在HF水平 上难以得到满意的结论，由从头算有限场方法计算得到的β值偏小，而用TDDFT方 法能得到可与实验值符合较好的结果。     

Structures and considerable static first hyperpolarizabilities: new organic alkalides (M+@n6adz)M'- (M, M'=Li, Na, K; n=2, 3) with cation inside and anion outside of the cage complexants

Eighteen structures of new organic alkalides (M+@n6adz)M'- (M, M'=Li, Na, K; n=2, 3) with the alkali-metal cation M+ lying near the center of the adz cage and the alkali-metal anion M'- located outside are obtained with all real frequencies. They exhibit very large static first hyperpolarizabilities (beta0) up to 3.2x10(5) au, which exceeds the record value of beta0=1.7x10(5) au for nonlinear optical compounds [Chem.-Eur. J. 1997, 3, 1091]. All potassides (M+@n6adz)K- (M=Li, Na, K; n=2, 3) have considerably large beta0 values (1.6x10(5)-3.2x10(5) au) much larger than the beta0 value (3.6x10(4) au) of the previously designed cuplike alkalide Li+(calix[4]pyrrole)K- [J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 1072]. This shows that the 26adz and 36adz cage complexants are preferable to cuplike calix[4]pyrrole complexant in enhancing the first hyperpolarizability. The effect of cage size of the complexant on the first hyperpolarizability is also presented here: in most cases, the smaller cage complexant corresponds to the larger beta0 value. Moreover, the crucial role by the alkali-metal anion in the large first hyperpolarizability of these alkalides is revealed. These results may provide new means for designing high-performance nonlinear optical materials.     

Ligand-controlled First Hyperpolarizabilities of a Series of Tetrahedral Iridium Clusters Ir4（CO）9L： a TDDFT Study

A series of tetrahedral iridium carbonyl clusters coordinated by systematically varied series of ligands have been studied by TDDFT method focusing on their electronic and non- linear optical properties. The clusters of Ir4（CO）12 （1）, Ir4（μ-CO）3（CO）9 （2）, Ir4（μ-L）（CO）10 （L = dppm 3, dppe 4, （Ph2P）2CHMe 5, Ph2P（CH2）3PPh2 6） and Ir4（CO）10（phen） （phen = 1,10-phen- anthroline） （7） exhibit the first static hyperpolarizabilities of medium magnitude （βtot-10×10^-30 esu）. The second order nonlinear optical response of the seven clusters increase from 0 to 23 ×10^-30 esu; the high symmetric cluster Ir4（CO）12 debases its symmetry and presents the second order nonlinear optical behavior as the coordination style of some carbonyls changes to bridge style, and then the response increases regularly with the systematical variation of the ligands. The origination of the first hyperpolarizability is discussed by the expanded orbital decomposition scheme. The results suggest the d-d electron transition from the apical iridium atom to the other three Ir atoms inside the metal skeleton, and d-πelectron transitions from metals to carbonyls are responsible for the first hyperpolarizabilities. Particularly, for cluster 7, the charge transfer from d orbitals of iridium to π＊ orbirals of phenanthroline originates the first hyperpolarizabilities.     

D-π-A-π-D型双查尔酮衍生物的合成和三阶非线性光学性质

合成一种新颖的D-π-A-π-D型双查尔酮衍生物2,6-二[3-(4-甲氧基苯基)]丙烯酰基吡啶,经IR,~1H NMR和HR-MS对其结构进行表征,采用4f相位相干成像技术测定了它的三阶NLO性质并确定了相关参数:脉宽4ns,激光波长450nm,非线性吸收系数β=0.9×10~(-9) m/W,非线性折射率n_2=-0.42×10~(-16) m~2/W,三阶非线性极化率χ~((3))=4.10×10~(-19) m~2/V~2;并测定了紫外光谱和DSC曲线.     

[Li(THF)_4][GdCl_4(THF)_2]的晶体结构

氯化钆与对-甲基苯基锂在四氢呋喃中反应得到产物之一为[Li(THF)_4][GdCl_4-(THF)_2],(M_r=738.2),在-70℃下进行X-射线衍射研究。其晶体属单斜晶系,P2/n空间群。晶体学参数为a=13.263(2),b=8.474(1),c=14.961(0);β=99.72(1)°,V=1657.23(?)~3,Z=2,D_c=1.48g/cm~3,F(000)=750,μ_c=24.2cm~(-1),最终偏离子为R=0.0614。研究结果表明,本题晶体是离子型晶体,围绕Gd~(3+)的四个Cl~-离子和两个THF分子的氧原子构成畸变的八面体。Li~+周围的四个THF分子的氧原子构成一个近似的四面体。