金属碳硼烷体系化学键特征和非线性光学性质的理论研究

金属碳硼烷类化合物特殊的电子结构和化学键特征，表现出独特的催化和光、电、磁学等性能，可用于开发具有特殊光、电和磁性质的多功能性材料，在现代高科技领域显示出广阔的应用前景。本课题拟在基础理论方面较系统研究金属碳硼烷类体系的化学键特征，多中心键形成特点，电子结构和NLO性质；分析金属碳硼烷体系NLO性质与其成键方式、超芳香性、电子离域性之间的关系；总结不同类型金属碳硼烷体系的化学键特点，得到分子结构与化学键特性的对应关系，同时探索不同类型金属碳硼烷体系氧化还原过程NLO活性与其化学键特点，分子结构的相互关系。本项目是理论化学与材料化学相交叉的研究领域，通过对金属碳硼烷材料分子的成键性质分析，揭示这类材料结构与性质的本质联系，为设计新型分子基材料提供可靠的理论基础。

金属碳硼烷类化合物特殊的电子结构和化学键特征，表现出独特的催化和光、电、磁学性能，可用于开发具有特殊光、电和磁性质的多功能性材料，在现代高科技领域显示出广阔的应用前景。关于金属碳硼烷的反应活性，反应机理，催化性能，光、电、磁学性能等的研究已有较多报导，金属碳硼烷多层结构可用于开发具有特殊光电磁性质的材料，用于数据贮存恢复和光学开关等。.本项目采用量子化学计算方法较系统研究了金属碳硼烷体系的化学键特征，多中心键特点，电子结构和非线性光学(NLO)性质；分析了金属碳硼烷类分子NLO性质与其成键方式、电子离域性之间的关系；总结出不同类型金属碳硼烷体系的化学键特点，分子结构与化学键特性对应关系，同时讨论了金属碳硼烷和部分过渡金属配合物氧化、还原态及电子不同自旋多重度时NLO活性的变化规律。取得的重要结果有：.1. 采用密度泛函理论BP86-GGA等方法结合化学键理论，研究了12顶点闭合型碳硼烷簇与多金属氧酸盐簇通过有机基团连接的化合物的化学键特征，电子光谱和二阶NLO性质，分析这些体系多中心键种类、个数及化学键特征。从理论上预测了碳硼烷簇与多金属氧酸盐簇相结合的可能性，为开发新型NLO材料提供理论基础。.2. 采用密度泛函理论PBE1PBE, CAM-B3LYP等方法结合化学键理论，讨论了碳硼烷，金属碳硼烷衍生物氧化还原态的化学键特征，电子光谱和二阶NLO性质，系统分析了碳硼烷，金属碳硼烷衍生物氧化还原过程对体系结构和二阶NLO性质的影响。从理论上分析了调节碳硼烷，金属碳硼烷衍生物二阶NLO效应的方法。.3. 采用DFT ωB97X方法计算分析了金属Ni双碳硼烷氧化还原过程的构型旋转和相对稳定性，电荷转移特征和静态及频率依赖的二阶NLO 响应。得到取代基到碳硼笼及金属的电荷转移对NLO响应有重要贡献，氧化还原过程引起的几何构型变化对NLO响应起到明显的调节作用，进而对非线性光学开关材料的设计奠定基础。.本项目是理论化学与材料化学相交叉的研究领域，通过对金属碳硼烷材料分子的成键性质分析，揭示这类材料结构与性质的本质关系，为设计新型分子基材料及NLO开关材料提供可靠的理论基础。