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.     

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.     

联吡嗪为中心的有机共轭杂环分子二阶NLO性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-311G**方法,对一系列以联吡嗪为中心的有机共轭杂环分子的二阶非线性光学(NLO)性质和电子光谱进行了研究.结果表明,分子两侧给、受体取代基推或拉电子能力的增大,五元共轭杂环吡咯,呋喃以及噻吩环的引入明显地提高分子的二阶NLO系数βtot值,且降低了分子的最大吸收波长λmax,从而有利于解决"非线性与透光性"的矛盾.该系列分子由于具有较大的βtot值,较好的透光性,可以作为潜在的NLO材料.     

以苯等芳香环桥联的1,3-二硫杂环戊二烯衍生物的NLO性质

采用密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G*优化一系列以芳环为桥联基团,1,3-二硫杂环戊二烯为供电子基团,丙二氰为吸电子基团的D-π-A型分子的几何结构,在此基础上对分子的极化率和第一超极化率进行计算.结果分析表明,桥联苯环数的增加,供电子基团(—OCH3)的引入及共轭桥的增长对分子的几何构型影响很小,但能使分子的二阶非线性光学(NLO)系数增加,且分子的最大吸收波长发生红移.甲氧基的引入或共轭桥的增长,分子的前线分子轨道能级差减小,TD-DFT计算表明分子深层占有轨道与空轨道之间的电子跃迁对二阶NLO效应也有较明显贡献.     

洛汾碱衍生物的电子结构及光谱性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6-31G*方法,对4种洛汾碱类化合物的几何构型进行了优化,在此基础上计算分子的电子结构,并结合有限场FF方法研究了二阶非线性光学(NLO)性质.用含时密度泛函理论(TD-DFT)对上述化合物分子进行吸收光谱的研究.研究表明在4,5-二-苯基-2-对甲酰苯基咪唑生色团中4,5苯环上引入硝基和3位N原子引入苄基改变分子的共轭平面,使二阶非线性极化率总有效值(βtot)减小,吸收峰总体蓝移.同时还发现,在CH2Cl2溶剂中a和c分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO的π一π*跃迁,b和d分子的λmax主要来源于HOMO→LUMO+2的π→π*跃迁.     

[Ni(dpedt)(dddt)]系列衍生物电子光谱和二阶非线性光学性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论B3LYP/LanL2DZ/6-31+G(d)方法,对实验合成的[Ni(dpedt)(dddt)]及以[Ni(dpedt)(dddt)]为基础设计的系列衍生物的电子光谱和二阶非线性光学(NLO)效应进行计算分析.结果表明:配合物电子吸收光谱出现在近红外区,最强激发主要源于配体间的电荷转移(LLCT),并伴有一定的配体与金属间电荷转移(LMCT).体系各分子的二阶NLO系数βtot值较大,前线轨道能隙的大小影响体系的βtot值,能隙小则βtot值大,其中分子7βtot值最大.同时深层占据轨道与空轨道之间的电子跃迁对二阶NLO性质的贡献比较显著.     

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.     

含不同共轭桥的TCNQ开闭壳层体系NLO性质的DFT研究

采用密度泛函理论(DFT)结合有限场(FF)方法,对不同共轭桥连接的四氰代二甲基苯醌(TCNQ)开壳层和闭壳层电子态的非线性光学(NLO)系数进行计算,并以乙烯桥为例讨论共轭链长度与NLO性质的关系.结果表明:开壳层体系的极化率和二阶超极化率值都大于闭壳层体系,且共轭桥的共轭性越强,体系的极化率和二阶超极化率越大;在自由基体系中,单重态的二阶超极化率随双自由基成分y和自旋多重度的增加而增大.体系的共轭链增长,BLA(BondLength Alternation,共轭分子中相邻单、双键键长差的平均值)逐渐减小,双自由基成分y逐渐增大,体系的二阶超极化率也逐渐增大.     

含三亚吡嗪生色团的有机芳香分子的二阶NLO性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-311G**方法,对一系列含三亚吡嗪生色团的有机芳香分子的几何结构、二阶NLO性质和电子光谱进行了理论研究.结果表明:研究分子中两侧取代基的推或拉电子能力和相对位置的变化,以及引入五元芳香杂环都将对分子的二阶NLO系数β值产生重要影响.当左右两侧取代基分别为—NO2和—C(NH2)3以及引入吡咯杂环时可以获得最大的β值,并显示了较好的透光性.该系列化合物在NLO材料领域有着较好的应用前景.     

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.     

13顶点金属碳硼烷结构和非线性光学性质的DFT研究

采用量子化学密度泛函理论(DFT)B3LYP/6-31G(d)方法,对4,1,6-MC2B10H1213顶点金属碳硼烷几何构型进行优化,结合有限场(FF)方法计算了它们的极化率和二阶非线性光学(NLO)系数.结果表明,十个13顶点金属碳硼烷分子中1a～6a的二阶NLO系数与其构型纵向扩张呈现相同的规律.分子的前线分子轨道能级差越小,其二阶NLO系数越大.对于不同自旋态的同种金属碳硼烷分子,其偶极矩值为高自旋态大于相应的低自旋态,极化率和二阶NLO系数与自旋多重度没有一致的对应规律,自旋多重度对NLO性质影响不大.     

Electronic and optical properties of edge modified peritetracene: a DFT study

Peritetracene (PTA) molecules have promising applications in organic electronics and organic light-emitting diodes, but the major constraints come from their poor stability with higher energy gap. We have investigated the stability, electronic, and optical properties of different electron-donating- and electron-withdrawing-substituted PTA molecule groups using density functional theory (DFT) and time-dependent density functional theory (TDDFT) methods. On substituting suitable electron donor and acceptor groups, the energy gap of PTA molecules reduces up to 0.37 eV with an increase in their stability. The stabilities of considered PTA molecules have been investigated using the distribution pattern of frontier molecular orbital energies. The charge transfer properties with smaller ionization potential and larger electron affinity for PTA molecule have been evaluated using Koopmans’ theorem. Enhancement in dipole moment, polarizability, and hyperpolarizability of PTA substituted with electron-donating groups shows the presence of NLO properties. Also, we have investigated the spectroscopic properties of different electron-donating- and electron-withdrawing-substituted PTA molecule groups. Our spectroscopic properties show the bathochromic shift and small hypsochromic shifts in wavelengths of PTA with substituents groups. It is therefore concluded that the –NCH₃ and –NO₂ substituent groups on PTA are observed to have the strongest and highest stability than the other substituent groups considered.

     

含噻吩环的吡啶Ru(II)配合物的电子结构和非线性光学性质

采用密度泛函理论(DFT) B3LYP方法对含有噻吩环的吡啶Ru(II)配合物的电子结构和非线性光学(NLO)性质进行理论研究. 结果表明: 配合物[Ru^II(NH₃)₅L]²⁺(L为含噻吩环的有机基团)中, 配位原子与中心金属离子间没有形成稳定的化学键, 但存在较强的供体-受体(D-A)相互作用; NH₃被羰基(CO)取代后, Ru-C间形成了稳定的σ-π配键, 降低了受体的空轨道能级. 噻吩环的增加增大了体系的共轭程度, 有利于分子内电荷转移, 使配合物的极化率α和一阶超极化率β明显增加. 结合配合物的前线分子轨道分析发现, 电荷转移过程中, 对体系二阶NLO系数贡献较大的是配体内电荷转移(ILCT)和配体间电荷转移(LLCT)跃迁, 羰基引入后配体到金属的电荷转移(LMCT)使配合物[Ru^II(CO)₅L]²⁺比对应的配合物[Ru^II(NH₃)₅L]²⁺的β值增大约7倍.     

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.     

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.     

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。     

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.     

12顶点[1-R-CB11-Me11]-碳硼烷氧化-还原过程二阶NLO效应的理论研究

采用密度泛函理论（DFT）对12顶点[1-R-CB₁₁-Me₁₁]^-碳硼烷的结构和二阶非线性光学（NLO）调节效应进行计算分析. 结果表明,C位连接的取代基R供、吸电子能力的不同以及分子发生可逆氧化-还原反应对分子构型有一定影响. 由自然键轨道（NBO）电荷和电子自旋密度分析可知,分子的氧化中心是碳硼笼,分子的氧化反应可导致碳硼笼部分给、受体特性发生改变. 氧化态分子的第一超极化率总有效值（β_tot）大于相应还原态分子,当C位取代基R为供电子基团（—NH₂）的分子时,氧化态与还原态的β_tot值变化最大. 这类分子的氧化-还原反应可以有效调节二阶NLO光学效应.