氮摻雜非交替納米帶非線性光學(xué)材料研究獲進展

氮摻雜非交替納米帶非線性光學(xué)材料研究獲進展。 隨著激光技術(shù)的發(fā)展，非線性光學(xué)材料在光限幅、全光開關(guān)、光通信等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中，有機π-共軛材料因具有高的非線性光學(xué)系數(shù)、低的非線性響應(yīng)閾值、易于結(jié)構(gòu)調(diào)控的非線性光學(xué)性能等優(yōu)勢而備受關(guān)注。線性并苯類稠環(huán)是一類經(jīng)典的有機π-共軛材料，被廣泛應(yīng)用于有機光電器件中。而該類材料隨著共軛長度的增加，化學(xué)穩(wěn)定性變差，極易被氧化或發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)。同時，隨著共軛體系的增大，分子間聚集程度增強，溶解性及其合成難度提高，因而限制了這類材料的開發(fā)及應(yīng)用。

近日，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所特種影像材料與技術(shù)研究中心副研究員孫繼斌、湘潭大學(xué)教授陳華杰課題組、英國劍橋大學(xué)博士曾維軒等合作，采用酮胺縮合策略，構(gòu)建了一類化學(xué)性能穩(wěn)定、溶解性好的氮摻雜非交替納米帶分子(圖1)，并將該類材料應(yīng)用于非線性光學(xué)領(lǐng)域，揭示了氮摻雜非交替納米帶分子優(yōu)異的反飽和吸收性能(圖2)。其中，研究引入末端三蝶烯和側(cè)基三異丙基硅乙炔，有效抑制了分子間的聚集，顯著提升了材料的溶解性，是目前已報道的分子長度最長的可溶解氮雜非交替納米帶——含13元稠環(huán)分子。此外，多重五元環(huán)的植入有效阻斷了線性并苯類稠環(huán)的全局芳香性，實現(xiàn)了基態(tài)與激發(fā)態(tài)兼具的局域芳香性，因而提高了π-共軛系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得材料(NNNR-2)的三階非線性吸收系數(shù)達到374cmGW–1，且在同等測試條件下，顯著高于經(jīng)典非線性光學(xué)材料C60(153cmGW–1)。

圖1. 氮雜非交替納米帶分子NNNR-1和NNNR-2的(a)化學(xué)結(jié)構(gòu)和(b)理論結(jié)構(gòu)模擬

圖2. 氮雜非交替納米帶分子NNNR-1和NNNR-2的非線性光學(xué)性能

相關(guān)研究成果以N-Doped Nonalternant Nanoribbons with Excellent Nonlinear Optical Performance為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte Chemie International Edition)上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、湖南省教育基金會和瑪麗·居里研究計劃的支持。 (來源：中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所)

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202306418

作者：孫繼斌等 來源：《德國應(yīng)用化學(xué)》