金属原子团簇二阶非线性光学性质微观机制与新材料设计研究

项目开展金属原子团簇二阶非线性光学性质的基础研究和新功能材料探索研究。在量子化学、结构化学和非线性光学功能材料的结合点，在前期研究结果的基础上，应用新发展的第一性原理密度泛函理论计算方法，深入研究复杂多金属原子团簇二阶非线性光学效应的微观起源与本质；发现金属原子团簇微观结构与二阶非线性光学性能的内在关系的规律；系统地总结和提出关于多金属原子团簇非线性光学响应微观机制的观点和理论；为模拟与设计非线性光学新材料提供重要的理论基础和创新思想。在揭示结构-性能关系的基础上，通过结构调控和化学设计合成，在金属原子团簇体系中发现有应用前景的二阶非线性光学材料和分子器件，取得一些在国际上有影响的原创结果。本申请项目将完成有特色的、系统的基础性研究工作，在国内外刊物上（SCI收录）发表学术论文15篇以上，包括高影响因子论文；申请发明专利1-2项，培养多名能在交叉学科领域工作的青年研究人才。

理论与计算化学在探索复杂体系的基本物性和预测材料功能的研究中发挥着十分重要的作用。它促使人们深入认识和理解材料功能的内在微观起源，将导致人们有意识、有目的地设计与发现新型功能材料。基于第一性原理的密度泛函理论方法在材料电子结构和其它物性的计算中有着不可替代的作用，已成为理论与计算化学重要的技术。过渡金属原子团簇材料独特的二阶非线性光学和低态电子激发性质引起了广泛的兴趣和注意，但是其非线性光学响应微观机制问题长期悬而未解。本项目研究发展和丰富了复杂多金属原子团簇电子激发和二阶非线性光学响应的理论模型和基于密度泛函理论第一性原理的有效计算方法；系统研究了多金属原子团簇电子结构、成键特性与电子激发跃迁和非线性光学性能之间的相互关系，提出了关于金属原子团簇非线性光学性能的微观机制的新观点和理论；设计合成了一系列具有潜在二阶非线性光学应用前景的无机金属簇配合物。本项目应用新发展的单参数杂化密度泛函理论方法研究多金属原子团簇体系二阶非线性光学性质，着重探索和阐明多金属原子团簇二阶非线性光学效应产生的微观结构机制。并以此为基础，实现对多金属原子团簇材料的金属簇芯结构、金属-金属相互作用、电子结构和非线性光学响应等进行计算和模拟。揭示多金属原子团簇微观结构与非线性光学性质的内在联系，揭示其二阶非线性光学效应的微观起源，提出在该体系内通过结构调控实现良好中远红外非线性光学性质的方法，解决一系列相关的理论化学、结构化学和材料科学交叉领域中的基础性问题；探索计算化学在复杂多金属原子团簇非线性光学材料的模拟及性能的预测作用，与理论结果密切配合，通过化学设计合成，发现新型中远红外金属原子团簇二阶非线性光学材料。. 本项目按计划执行并完成。本项目的同类研究在国际上报道较少，具有一定的原始创新性。经过努力，本项目取得了良好结果，达到了预期目标。在项目执行期间在国内外核心学术刊物上共发表SCI收录研究论文收录20篇，其中标注项目资助的16篇，完成了项目计划任务（15篇）；学术会议论文5篇，其中国际性学术会议邀请报告2篇。英文专著1部（章节）（标注资助）；授权发明专利1项；培养毕业博士研究生3名、硕士研究生3名，出站博士后1名。