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.     

新型含氮杂环硼-二吡咯亚甲基染料类荧光化合物的合成

以对羟基苯甲醛和2,4-二甲基吡咯为原料,设计并合成了两个新型的8-位苯系取代的硼-二吡咯亚甲基染料类荧光化合物--4,4-二氟-8-[4′-(3-吗啉丙氧基)苯基]-1,3,5,7-四甲基-4-硼-3a,4a-二氮杂-s-引达省和1,4-二{4,4-二氟-8-[4′-(2-乙氧基)苯基]-1,3,5,7-四甲基-4-...     

对苯二甲酸二苯酯类液晶化合物光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

在密度泛函理论B3LYP/6-31G*水平上计算对苯二甲酸二苯酯类液晶化合物分子的几何结构、振动光谱、电子光谱和非线性光学性质, 分析讨论端接基对其光谱与非线性光学性质的影响. 结果表明, 端接基的引入对该类分子的几何结构影响不大. 烷氧基的链长对分子振动光谱的影响很小, 端基引入CN时, C＝O的伸缩振动频率蓝移9 cm^－1. TD-DFT计算表明, 最大吸收光谱源于分子中HOMO→LUMO的p→p*跃迁, 对应的最大吸收波长值在313～375 nm之间, 属于紫外区. 端接强供电子基团可以提高分子的二阶非线性光学性质.     

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.     

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。     

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.     

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.     

新型硼-二吡咯亚甲基染料衍生物的合成及其光学性质

以无水乙醇为溶剂,1-硝基环己烯与异氰基乙酸乙酯在K2CO3催化下经Barton-Zard反应制得2-乙氧羰基-3,4-四亚甲基吡咯(3);用过量氢化铝锂高温还原3得2-甲基-3,4-四亚甲基吡咯(4);通过"一瓶三步骤"合成法,4与4-羟基-3-硝基苯甲醛在三氟乙酸催化下经缩合反应后,用2,3-二氯-5,6-二氰基-1,4-苯醌氧化并依次用NEt3和BF3·OEt2处理合成了一种新型的含稠合外环的中位取代4-羟基-3-硝基苯基亚单元的BDP类染料衍生物(7),其结构经1H NMR和元素分析表征。光学性质研究结果表明,7在氯仿中的最大吸收峰位于525 nm,496 nm和390 nm;7的吸收光谱特征与溶液pH无关,但其发射光谱在强极性溶剂中表现出较强的碱性依赖性,可作为碱性条件下的pH荧光探针;7与OH-以1∶1结合的结合常数Ks为1 579 L·mol-1,酸度常数pKa约为10.80。     

含长链β-二酮环金属铂配合物的电子光谱和二阶非线性光学性质的理论研究

在B3LYP/LanL2DZ(6-31＋＋G**)理论水平对标题化合物进行结构优化和电子光谱与二阶非线性光学性质计算. 结果显示, 重金属的配合导致Pt原子与苯环, 吡啶环, β-二酮羰基环构成较大的共轭体系, 使得分子由基态到第一激发态的p→p*和n→p*跃迁伴随MLCT电荷转移, 对应的最大吸收波长在406 nm左右, 属于近紫外区, β-二酮碳链的长度对结构和电子光谱影响很小, 与实验结果一致. 长链β-二酮环金属铂配合物分子具有较好的非线性光学性质.     

过渡金属类立方烷原子簇化合物电子结构和二阶非线性光学性质的密度泛函理论研究

采用基于第一原理的含时密度泛函理论(TDDFT)对一系列具有类立方烷簇芯结构的过渡金属簇合物二阶非线性光学性质进行了研究。结果证明, 由于簇芯结构的对称性的影响, 这一类簇分子的二阶非线性光学系数的数值要小于三核欠完整类立方烷体系。通过对电子结构的分析, 发现二阶非线性光学性质主要是由簇芯内电荷的迁移造成的。轨道分析显示, -S原子对于电荷的迁移起主要的传递作用。定域化轨道分析证明簇分子中存在的多中心键有利于簇芯内电荷的迁移。分子模拟的研究表明:虽然类立方烷结构簇分子的值比较小, 但是通过合理的配体设计, 获得具有较大值非线性光学晶体是可能的。     

Lindqvist型钼酸盐修饰的碳纳米管二阶非线性光学性质的理论研究

利用密度泛函理论(DFT)方法研究了[Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管的非线性光学(NLO)性质. 结果表明, [Mo₆O₁₉]^2-修饰的单壁碳纳米管作为特殊的有机-无机杂化体系, 具有显著的二阶非线性光学响应. 通过调整[Mo₆O₁₉]^2-与纳米管之间的角度, 体系的稳定性显示出规律性的变化趋势, 且二阶NLO响应发生了变化. 对静场二阶极化率(β_vec)有主要贡献的电子跃迁特征表明, [Mo₆O₁₉]^2-与碳纳米管之间角度的改变影响了分子内的给受体特征. 当角度达到30°时, 化合物显示出最大的β_vec值, 此时杂多阴离子簇为电子受体, 而碳纳米管为电子给体. 此外, 在碳纳米管的端位连接电子给体(如氨基)可有效地增大β_vec值.     

[M6Om(C25N4H18)n]2-(M=W, Mo; n=1, 2; m=17,18)的二阶非线性光学性质的理论研究

运用密度泛函理论(DFT)的BP86方法, 对[M6Om(C25N4H18)n]2-(M=W, Mo; n=1, 2; m=17,18)进行了几何结构优化, 其中Mo系列结构化合物优化的几何结构与实验值吻合较好. 在净电场为零的条件下, 运用DFT/LB94方法计算了体系的二阶非线性光学系数β值: 体系1和2的βvec值分别为154.4×10-30和124.8×10-30 esu. 表明它们具有较大的二阶非线性光学系数, 且Mo系列比W系列的β值大. 而体系3和4的βvec值分别为218.0×10-30和191.8×10-30 esu. 体系3和4的βvec值分别比体系1和2的大, 表明增加给体的数目有利于提高NLO响应, 但都小于它们的2倍.     

吡啶取代的Lindqvist型多酸的线性和非线性光学性质及阳离子检测功能的理论研究

采用密度泛函理论B3LYP方法计算了吡啶取代的Lindqvist型多酸(POMs)的线性(最大吸收波长, λ_max)和非线性光学(NLO)[超瑞利散射(HRS)的第一超极化率, β_HRS]性质, 探讨了其作为潜在阳离子检测剂的可能性. 金属离子吸附能计算结果表明, 吡啶取代的Lindqvist型多酸配体与金属离子之间均有较强的相互作用, 相互作用强度大小顺序为Ni²⁺>Cu²⁺>Co²⁺>Fe²⁺>Zn²⁺>Mg²⁺>Ca²⁺. 电子光谱和β_HRS计算结果表明, 引入适当的供、 受电子基团对该多酸配体进行修饰可有效调节线性和二阶NLO性质; 同时, 吡啶取代的Lindqvist型多酸对7种金属离子(Cu²⁺, Zn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Fe²⁺)表现出了不同的检测行为.     

噻唑类生色分子的电子光谱和非线性光学性质

在B3LYP/6-31+G*水平上对八种噻唑类生色分子的电子光谱与二阶非线性光学性质茁进行计算研究. 结果表明, 含羟乙基、烷氧乙基、氟乙基和氨乙基活性基团的噻唑类分子具有大的β值, 为1.6×10-28 esu左右, 与实验结果基本一致. 气相中的最大吸收波长λmax位于480-488 nm范围内. 含羟乙基活性基团的噻唑分子, 随溶剂极性增大, λmax有红移趋势.     

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.     

DFT Studies on Second-order Nonlinear Optical Response of Ir(C∧N)2(pic)Complexes

Density flmctional theory(DFT)was employed to calculate the geometrical structures,UV-Vis absorption spectra and second-order nonlinear optical(NLO)properties of a family of iridium(Ⅲ)complexes,which possess of different cyclometallated ligands(C∧N)and ancillary ligands[pyridme-2-carboxylate(pic)].It was found that the mo-dification of the LUMO energy levels was achieved by changing pic ligands and the energy gaps between the HOMO and LUMO were notably increased or decreased.In addition,the degree of conjugation was significantly changed with the substituent groups varied,which led to that the first hyperpolarizabilityβcould be effectively modulated.Through the analysis of time-dependent DFT(TD-DFT)results,we predicted that these studied complexes withπ→π^*charge transfer was beneficial to the large second-order NLO properties.Therefore,we hope that these studied iridium(III)complexes can be considered as versatile second-order NLO materials.     

碱金属阳离子M+的引入及质子化对[V12O32]4-二阶非线性光学性质影响的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法研究了碗状钒多酸阴离子[V12O32]4-、其碱金属阳离子衍生物[V12O32M]3-(M=Li,Na,K)及质子化衍生物的几何结构和二阶非线性光学(NLO)性质.结果表明,碱金属阳离子M+的引入对体系的几何结构和第一超极化率(β0)影响很小;而质子化的位置和取向对体系的几何结构和第一超极化率均有较大影响,与钒多酸阴离子[V12O32]4-相比,碗中部桥氧质子化体系的β0值增大,且比碗口处及碗底处桥氧质子化体系的β0值大270～400 a.u.     

双咪唑苯和双三唑苯及其衍生物非线性光学性质的密度泛函研究

采用密度泛函理论(DFT)的UB3LYP(B3LYP)/6-31+G**方法对双咪唑苯和双三咪唑苯双自由基及其衍生物几何结构进行优化,并结合有限场(FF)方法计算这些体系的非线性光学(NLO)系数.结果表明,引入给、受体取代基都能使体系的极化率α和二阶超极化率γ增大.在双自由基体系中,引入给体NH2的α和γ值大于引入受体NO2的值,与闭壳层体系中结果相反.分析自由基成分和电荷对体系的二阶超极化率γ影响的结果表明,处于中间双自由基成分的分子比相似共轭性的闭壳层分子有更大的二阶超极化率γ;带电荷的双自由基体系引入给、受体之后,与中性自由基体系相比具有更大的二阶超极化率γ.