一些D-π-A型有机分子二阶NLO性质的理论研究

论文摘要

具有非线性（NLO）光学活性的有机材料在激光技术,光通信,光开关,光存储等现代高科技领域显示出广阔的应用前景,一直是人们研究的热点问题,其中理论与实验的基础研究对于改进材料的性质,推动材料的应用进程具有重要的科学意义和指导作用。随着分子工程理论和量子化学计算方法的完善,理论研究为实验提供了有力的指导作用,通过对实验的解释提供分子结构和性能关系的信息,为进一步分子设计打下良好基础。在基础理论方面,经过人们对系列有机化合物体系NLO性质的计算,表明具有D-π-A结构的有机化合物可显示出良好的NLO活性,经过进一步修饰期望开发出新一代多功能有机NLO材料。本文采用量子化学密度泛函理论方法,并结合有限场方法对羧基桥联的D-π-A型有机分子和不同桥联的碳硼烷衍生物的结构,极化率和二阶NLO性质进行了计算分析。（1）采用量子化学DFT B3LYP/6-31G（d）方法,对含有不同R取代基及R取代基处于不同位置的D-π-A型共轭分子的稳定性,极化率和二阶NLO系数进行了研究,结果表明:对于取代基取代位置不同的异构体分子,R取代基与羧基共轭桥处于苯环对位时分子较稳定,其极化率和二阶NLO系数也较大,但R取代基位置对这些物理量的影响很小;R取代基处于相同位置时,含体积大的R取代基分子的极化率α和偶极矩μ值较大;这些分子中电子在从HOMO到LUMO的跃迁过程中,引起电荷转移程度很小,可见分子中前线轨道之间电子跃迁对二阶NLO系数的贡献不大,因此从分子的前线轨道组成可以定性说明这些分子的二阶NLO系数接近且数值比较小。（2）采用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（TDDFT）对这些分子的二阶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,从而增强分子的二阶NLO响应。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 量子化学基本原理
• 1.1.1 分子轨道理论
• 1.1.2 密度泛函理论
• 1.2 非线性光学的发展与原理
• 1.2.1 非线性光学发展历程
• 1.2.2 非线性光学基本原理
• 1.3 非线性光学性质研究方法
• 1.3.1 非线性光学性质实验测定方法
• 1.3.2 非线性光学性质理论计算方法
• 1.4 有机非线性光学材料
• 1.4.1 二阶有机非线性光学材料
• 1.4.2 三阶有机非线性光学材料
• 1.5 本论文研究的主要内容及意义
• 第二章 羧基桥连的 D-π-A 分子稳定性与二阶非线性光学性质的 DFT 研究
• 2.1 前言
• 2.2 计算模型和方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 分子的基态 Mulliken 电荷分布和稳定性
• 2.3.2 分子的偶极矩及极化率
• 2.3.3 分子的二阶NLO 系数β
• 2.3.4 分子的前线轨道组成和能级
• 2.4 结论
• 第三章 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
• 3.1 前言
• 3.2 计算模型和方法
• 3.3 计算结果与讨论
• 3.3.1 二阶 NLO 系数
• 3.3.2 分子基态 Mulliken 电荷布居分析
• 3.3.3 TD-DFT 研究
• 3.4 结论
• 参考文献
• 致谢