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...     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.     

含水杨醛缩苯胺双Schiff碱和吡啶配体的Zn(Ⅱ)配合物的电子结构和二阶非线性光学性质

以实验测定的晶体结构为基础, 用密度泛函理论的B3LYP方法, 在6-31G(d)基组水平上计算4个水杨醛缩苯胺类双Schiff碱和吡啶为配体的Zn(Ⅱ)配合物的电子结构, 并结合有限场(FF)方法得到二阶NLO系数. 结果表明, 在4个五配位配合物中, 双Schiff碱配体的共轭性减弱, 在Schiff碱配体引入叔丁基以及连接双Schiff碱的桥对配合物的结构影响很小. 同时4个配合物的配键性质、原子电荷分布、前线分子轨道能级等方面具有相似性. 但引入叔丁基改变了配合物前线分子轨道组成, Zn—O配位键的极性有所加强, 从而使配合物的极化率和二阶NLO系数增加, 而连接两个Schiff碱的桥对配合物二阶NLO性质影响不大.     

具有三维结构的Co(II)配合物二阶非线性光学性质的DFT研究

以实验合成出的Schiff碱配体和Co(II)配合物为母体,设计了Schiff碱配体和具有三维结构的Co(II)配合物.采用密度泛函理论的B3LYP/6-31g(d)-FF方法对具有开壳层电子组态Co(II)配合物及相应配体的二阶非线性光学(NLO)效应进行了计算.结果表明:Schiff碱配体形成配合物后分子的二阶NLO性质没有发生大的改变,这是由于金属Co2 离子在配合物电荷转移(CT)过程中起到了桥的作用,对分子的二阶NLO响应直接贡献不大.结合配合物的前线分子轨道分析发现,在分子内电荷转移过程中,对分子二阶NLO系数的主要贡献是配体内电荷转移(ILCT)跃迁.     

具有三维结构的Co(II)配合物二阶非线性光学性质的DFT 研究

以实验合成出的Schiff碱配体和Co(II)配合物为母体, 设计了Schiff碱配体和具有三维结构的Co(II)配合物. 采用密度泛函理论的 B3LYP/6-31g(d)-FF方法对具有开壳层电子组态Co(II)配合物及相应配体的二阶非线性光学(NLO)效应进行了计算. 结果表明: Schiff碱配体形成配合物后分子的二阶NLO性质没有发生大的改变, 这是由于金属Co2+离子在配合物电荷转移(CT)过程中起到了桥的作用, 对分子的二阶NLO响应直接贡献不大. 结合配合物的前线分子轨道分析发现, 在分子内电荷转移过程中, 对分子二阶NLO系数的主要贡献是配体内电荷转移(ILCT)跃迁.     

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.     

Energetic of molecular interface at metal-organic heterojunction: the case of thiophenethiolate chemisorbed on Au(111)

To probe the cooperativity of charge transfer between organoimido and hexamolybdate, and enhance the second-order nonlinear optical (NLO) response of organoimido derivatives of hexamolybdates, electronic structures and second-order NLO properties of a series of charge-transfer covalently bonded organoimido derived hexamolybdate complexes with donor-(π conjugated bridge)-acceptor-(π conjugated bridge)-donor or acceptor-(π conjugated bridge)-donor-(π conjugated bridge)-acceptor structures were studied by density functional theory. Studies show that different combinations of the donor, acceptor, heterocycle, –C≡C– and –N=N– moieties, and orientation of heterocycle remarkably affect the second-order NLO responses. The complexes containing electronic acceptor matched with the direction of charge transfer possess remarkable large molecular second-order polarizabilities. Electronic transitions to crucial excited states show that x-polarized transition, contributed to the off-diagonal second-order polarizabiliy tensor (β_zxx), possesses lower excited energy compared with z-polarized transition which accounted for the diagonal second-order polarizabiliy tensor (β_zzz) and thus led to the large in-plane nonlinear anisotropy (u = β_zxx/β_zzz) value, as well as good two-dimensional (2-D) second-order NLO properties. These complexes can be used as excellent 2-D second-order NLO materials from the standpoint of both large β and u values.     

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.     

三核欠完整立方烷金属原子簇二阶非线性光学性质的理论研究

研究了具有欠完整立方烷构型的过渡金属原子簇分子的二阶非线性光学性质。利用TDDFT方法计算了选取的簇分子及相应模拟构造分子的静态和动态的一阶非线性光学超级化率(ijk);并计算了不同金属、桥原子和配体以及簇芯对该类化合物一阶超级化率的影响。选取其中的一个簇分子为基本模型,分析了该分子的电子结构和分子轨道,在微观水平上阐述了其非线性光学性质的可能起源。认为由过渡金属和硫原子组成的簇芯和与桥原子相连的配体对该类簇合物的二阶非线性光学性质的起决定性的作用。     

卟啉-碳硼烷-硼亚甲基二吡咯三元化合物二阶非线性光学性质的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对卟啉-碳硼烷-硼亚甲基二吡咯(BODIPY)三元化合物的几何结构、 吸收光谱及二阶非线性光学(NLO)特性进行计算分析. 结果表明, V型化合物的静态第一超极化率(β_tot)大于相应直线型化合物, 且延长共轭链可提高体系的β_tot. 分析体系的电子密度差分图得出, 化合物氧化还原态的电荷转移方式与本征态相比发生了改变, 从而使其二阶NLO性质发生明显变化. 含频第一超极化率计算结果表明, 在一定范围内频率对化合物有较小的色散效应. 因此, 通过延长二维化合物的共轭链及氧化还原反应, 可以有效调控其二阶NLO响应.     

一种新型二阶非线性光学功能分子及其交联聚氨酯材料的合成

合成了新型的含有偶氮和噻吩环的二阶非线性光学功能分子, 用红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱确定了其结构; 制备了含有该功能分子的两种交联型聚氨酯聚合物薄膜, 当测量波长为1 064 nm时,  用Marker条纹法测得的二阶非线性光学系数d33值分别为80.6 pm/V(发色团的数密度为0.91×1020 Molecules/cm3)和20.1 pm/V(发色团的数密度为2.21×1020 Molecules/cm3); 聚合物Ⅱ的取向热稳定性达到了152 ℃.     

含Schiff碱基噻唑衍生物二阶NLO性质的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP/6-311G**方法,对一系列含Schiff碱基噻唑衍生物的二阶非线性光学(NLO)性质和电子光谱进行了研究.结果表明,分子中推、拉电子取代基强度的提高,噻唑环数的增加以及Schiff碱基的引入有利于提高分子的βtot值.光谱数据显示,分子中HOMO轨道向LUMO,LUMO+2及LUMO+3轨道的电子跃迁对分子的电子光谱有重要贡献.该系列化合物由于具有较大的二阶NLO响应与良好的透光范围,可以作为潜在的NLO材料.