C60及其衍生物非线性光学材料的研究进展

介绍了非线性光学性质的原理以及目前研究的具有这种特殊性质的功能材料的结构特点和应用. C₆₀具有的特殊结构, 使其在众多领域成为了研究的重点. C₆₀本身就具有良好的非线性光学性能, 对其修饰得到的各种衍生物更体现优良的性质, 尤其是目前人们大量研究的富勒烯高分子化功能材料具有非常快速的非线性响应时间. 因此重点介绍了C₆₀及其衍生物的结构、非线性光学原理、性质和国内外最新的研究状况.     

C60-蒽吡咯烷的合成及非线性光学性质的研究

设计合成了一种新的C60-蒽吡咯烷衍生物1.以1H NMR,13C NMR,FTIR,UV-Vis和FAB MS进行了结构表征,测量其在甲苯溶液中的紫外光谱、荧光发射光谱,并在最大发射波长下测得其荧光寿命为5.44 ns,利用皮秒激光光源,采用Z扫描技术测定了分子1的三阶非线性超极化率γ(3)为6.60×10-33 esu,大于C60的文献报道值7.5×10-34 esu.说明C60-蒽吡咯烷衍生物1在激光激发下发生了加成基团蒽与母体C60之间的分子内能量转移和电荷传递.通过理论化学计算进一步验证了电荷转移的发生.     

C_(60)-苯并噻吩吡咯烷的合成及非线性光学性质的研究

设计合成了一种C60-苯并噻吩吡咯烷衍生物(2),以1HNMR、13CNMR、FTIR、UV-Vis和FAB-MS进行了结构表征。由其在甲苯溶液中的紫外光谱和荧光发射光谱测得,在最大发射波长下的荧光寿命为5.34ns。Z-扫描技术测得其分子三阶非线性极化率γ(3)为1.82×10-33esu,大于C60的文献报道值7.5×10-34esu,表明在激光激发下苯并噻吩与C60之间发生了分子内能量转移和电荷传递。理论计算结果进一步佐证了电荷转移的发生。     

C60的加成反应

富勒烯化学是以全碳分子球烯为母体的新兴有机化学领域, 在材料、医学及立体化学合成方法等方面具有广泛的应用和发展前景。本文综述了C₆₀的加成反应, 较全面地展示了富勒烯的化学性质。     

双亲性C60衍生物水相聚集行为

富勒烯C₆₀几乎不溶于水中,从而阻碍了对富勒烯的进一步研究和潜在应用。双亲性C₆₀衍生物在水相中自组装形成聚集体,在水相具有一定的溶解度,其特殊的结构及性能引起了科学家的广泛关注。本文对双亲性C₆₀衍生物在水相中聚集行为的研究现状及研究进展进行了详细系统的介绍。本文第一部分主要阐述了双亲性C₆₀衍生物的结构,根据修饰到C₆₀表面的功能基类型对双亲性C₆₀衍生物进行了分类。第二部分主要阐述了双亲性C₆₀衍生物在水相的聚集行为以及pH值、溶剂极性、浓度、温度和抗衡离子等因素对聚集行为的影响。     

富勒烯[C60]杂环化合物的合成进展

综述了近年来通过环加成反应合成三元、五元、六元和七元杂环C₆₀衍生物的进展.     

C60腈胺类衍生物的合成及三阶非线性光学性质

C60的三阶非线性光学性质的研究是近年来富勒烯物理化学性质的研究热点之一[1].研究显示,尽管C60具有三维共轭的π电子体系,其本身并不具有大的三阶非线性系数[2,3].但由于C60分子具有较低的三重简并LUMO能级,显示出较强的电负性,能够与适当的给电子体形成相应的电荷转移体系,其三阶非线性系数可提高一至两个量级[3-6].本文通过合成C60的腈胺和双聚腈胺衍生物及其Fe(Ⅲ)配合物,对其三阶非线性光学性质及电荷转移作了初步探讨.     

C60睛胺类衍生物的合成及三阶非线性光学性质

Ｃ６０的三阶非线性光学性质的研究是近年来富勒烯物理化学性质的研究热点之一［１］．研究显示,尽管Ｃ６０具有三维共轭的π电子体系,其本身并不具有大的三阶非线性系数［２,３］．但由于Ｃ６０分子具有较低的三重简并ＬＵＭＯ能级,显示出较强的电负性,能够与适当的?..     

新型手性金属卟啉的合成及非线性光学性质研究

本文合成了一种新型Boc(叔丁氧羰基)保护手性苏氨酸修饰的自由卟啉及其锌配合物。通过元素分析、紫外-可见光谱、荧光光谱、核磁共振氢谱、CD光谱等多种谱图对结构进行了表征,并结合理论计算采用模拟退火的方法搜索了手性锌卟啉配合物的最低能量构象。此外,利用Z-扫描技术测定了手性卟啉化合物的三阶非线性折射率。     

哑铃状富勒烯C70-聚苯乙烯高分子衍生物的合成与表征

通过由萘钠引发得到的聚苯乙烯"活性"双阴离子与C70的反应,合成了哑铃状C70-聚苯乙烯高分子衍生物.产物经UV-Vis,FTIR,GPC,1HNMR,13CNMR,SEM,XRD,TGA和DSC等方法进行表征.GPC测得C70-PS衍生物与其母体PS具有相近的分子量.TGA分析表明,得到C70的含量接近PS链两端各键合一个C70分子,形成线型的哑铃状结构.     

三苯基咪唑富勒烯吡咯烷衍生物的合成及其紫外、荧光和光限幅性质的研究

通过1,3-偶极环加成合成了四种三苯基咪唑富勒烯吡咯烷衍生物3a～3d,用FT-IR,NMR,MS和元素分析进行其结构测定和表征;用循环伏安法测定了其电化学性质,结果表明,与参比化合物C60相比还原电位发生负移,更容易形成电子受体;用纳秒和飞秒激光研究了四种化合物的光限幅性质,结果表明化合物3a和3c的纳秒光限幅性质明显,而3b则观察不到光限幅现象,说明化合物中硝基的引入不利于光限幅效应.     

两个查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了两个查尔酮类衍生物1-(4-甲基苯基)-3-(4-二甲氨基苯基)丙烯酮(1)和1-(4-甲基苯基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),通过1H NMR、13C NMR、IR、HR-MS对其进行结构表征。采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质,确定了相关参数:脉冲宽度4nm,激光波长分别为500和440nm,1:非线性吸收系数β=7.3×10-10m/W,非线性折射率n2=-3.6×10-17m2/W,三阶非线性极化率χ(3)=2.56×10-11esu;2:β=-4.8×10-10m/W,n2=2.0×10-17m2/W,χ(3)=1.45×10-11esu。测定了化合物紫外光谱,并通过DSC考察了化合物的热稳定性。采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,显示出良好的非线性光学活性。     

芳香查尔酮衍生物的合成、理论计算及三阶非线性光学性质

合成了2种新的具有潜在应用价值的非线性光学(NLO)有机材料芳香查尔酮衍生物1-(呋喃-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(1)和1-(噻吩-2-基)-3-(4-甲氧基苯基)丙烯酮(2),并对其进行了NMR、IR和HR-MS结构表征。 采用4f相位相干成像技术测定了化合物1和2的三阶NLO性质并确定了相关参数:脉冲宽度4 nm,激光波长440 nm,化合物1:非线性吸收系数β=5.5×10^-10 m/W,非线性折射系数n₂=-2.1×10^-17 m²/W,三阶非线性极化率χ⁽³⁾=1.58×10^-11 esu;化合物2:β=-2.4×10^-10 m/W,n₂=0.3×10^-17 m²/W,χ⁽³⁾=0.50×10^-11 esu;并测定了紫外光谱和DSC曲线。 采用密度泛函方法计算了化合物1和2的轨道能量和极化率,结果表明电子转移能在分子内部进行,说明比较易于极化,展示了良好的非线性光学性质。     

两个查尔酮衍生物的合成及超快三阶非线性光学响应

合成了两个二茂铁基查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(4,5-苯并噻吩-3-基)丙烯酮(FBTAK)和1-二茂铁基-3-(5-苯基噻吩-2-基)丙烯酮(FPTAK),经核磁共振氢谱、碳谱和高分辨质谱对其结构进行表征。采用Z-扫描技术测定了化合物的三阶非线性光学吸收系数(β)、折射系数(n2)和分子超极化率(γ),采用密度泛函理论方法计算了它们的几何结构、分子轨道电子云图和相关能量,同时也测定了其紫外-可见吸收光谱和DSC曲线。FPTAK的分子超极化率(γ)分别是FBTAK、1-二茂铁基-3-(4-叔丁基苯基)丙烯酮(a)和1-二茂铁基-3-联苯基丙烯酮(b)的6. 04倍、4. 3倍和3. 7倍。从构效关系看,苯联噻吩基比苯并噻吩基和联苯基的贡献大,也就是噻吩环比苯环的贡献大。结果表明,电荷转移可以在分子内发生,表现出超快三阶非线性光学响应。     

Cu2ZnSnS4纳米晶的制备及其三阶非线性光学性能的研究

以乙酰丙酮铜、醋酸锌、二氯亚锡、油胺和硫粉为前驱体,采用one-pot法合成出了单分散的Cu2ZnSnS4(CZTS)纳米晶.所得样品采用X射线粉末衍射仪(XRD),能量色散谱仪(EDS),透射电子显微镜(TEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM),光电子能谱仪(XPS),紫外-可见光谱仪(UV-vis)和Z-扫描(Z-scan)技术对其结构组成、形貌、性能等进行了表征.结果表明:所获得的产物为四方相结构的六边形CZTS纳米颗粒,直径约为10 nm.计算出尺寸大小为10 nm,13 nm的纳米晶的三阶非线性光学折射率γ(-1.08×10-15,-9.08×10-17 m2·W-1),三阶非线性光学吸收系数β(6.5×10-9,3.69×10-11 m·W-1)以及三阶非线性光学极化率χ(3)(1.49×10-9,4.35×10-10 esu).并探讨了CZTS纳米晶可能的形成机理,及引起三阶光学非线性发生变化的原因。     

基于二茂铁的两个查尔酮衍生物的合成及超快三阶非线性光学响应

二茂铁是合成新颖有机功能材料的基本单元之一。 本文设计并合成了两个基于二茂铁的同分异构查尔酮衍生物:1-二茂铁基-3-(噻吩-2-基)丙烯酮(a)和1-二茂铁基-3-(噻吩-3-基)丙烯酮(b)。 采用超快激光Z-扫描技术(脉宽180 fs,波长532 nm)测定了化合物a和b的三阶非线性光学性质。 结果表明,化合物a吸收系数β=-2.1×10^-12 m/W,折射率n₂=1.9×10^-19 m²/W,分子超极化率γ=5.37×10^-32 esu;化合物b:β=-1.2×10^-13 m/W,n₂=2.0×10^-19 m²/W,γ=4.48×10^-32 esu。 说明在飞秒激光激发下,电荷转移能够在化合物a和b分子内部快速进行,二者均具有优异的超快三阶非线性光学响应。 在B3LYP/6-311+G(d,p)理论水平下,计算了化合物a和b分子轨道能量、极化率和各基团在前线分子轨道中的占有率。 理论计算结果显示,二茂铁基团在化合物a和b前线分子轨道中占有率分别为97%和98%,对两化合物的非线性光学性能起主导作用。     

Optical Properties of New Third-Order Nonlinear Materials Modified by Click Chemistry

A high-yielding click reaction was used to synthesize a series of highly conjugated, symmetrical, as well as asymmetrical compounds with a benzene core. Cyclic voltammetry and ultraviolet/visible absorption spectroscopy were carried out, and proved that the side groups of the benzene derivatives played an important role in the energy gaps, and affected the third-order non-linear optical response. The maximum absorption wavelength of the series of benzene derivatives showed an obvious red-shift. Moreover, the addition of resilient electron-withdrawing groups significantly narrowed the energy levels as compared with precursors. The third-order nonlinear properties of this benzene derivative were tested by the Z-scan technique. The expected properties of this series of molecules were obtained, and it was found that the series of molecules undergoes a transition from reverse saturable absorption to saturable absorption, which has certain reference significance for a nonlinear optical field.     

AπDπA型咔唑衍生物三阶光学非线性的Z-扫描研究

合成了6个新型AπDπA型3,6-二取代咔唑多极生色分子, 用红外光谱、核磁共振等对其结构进行了表征. 用Z-扫描方法研究了这些分子的三阶非线性光学性质. 实验结果表明, 这些分子具有较大的三阶极化率, 延长共轭链长度, 增加电子受体强度, 引入芳香杂环, 都能增强分子内电荷转移, 这种效应增加了分子的跃迁矩, 使三阶极化率增大.     

配位聚合物的三阶非线性光学性质

本文概括了配位聚合物的三阶非线性光学性质，并总结了其结构与三阶非线性光学性质之间的关系。对于一维结构的配位聚合物，因配体不同或者中心金属离子的价层电子构型不同可呈现自聚焦或自散焦效应;二维结构配位聚合物的三阶非线性光学性质则与配体和中心金属离子无关，均呈现自聚焦效应;三维结构配位聚合物的自聚焦或自散焦效应主要受中心金属离子价层电子构型的影响。     

Third-order Nonlinear Optical Properties of Octa-substituted Metal-free Phthalocyanine Thin Films

Third-order nonlinear optical susceptibility, χ⁽³⁾ of symmetrically octa-substituted metal-free phthalocyanine thin films measured by the third-harmonic generation technique are reported. The metal-free phthalocyanine has been found to show a χ⁽³⁾ (−3ω; ω,ω, ω) value as large as 7.73×10⁻¹² esu at 1.80 μm. The figure of merit, χ⁽³⁾/α, was estimated to be 4.17×10¹⁷ esu cm at 1.05 μm and 6.97×10¹⁶ esu cm at 1.65 μm. Both linear and third-order optical properties of liquid-crystalline metal-free phthalocyanines are discussed