基于功能金属簇合物分子结构的非线性光学性能调制研究

应用分子工程与理性分子设计的方法，设计与采用具有不同电子特性的多种有机pi共轭桥连基团、金属有机功能单元、有机骨架刚性配体、立体抑制基团等，与具有多种分子构型及非线性性能特征的功能金属簇合物结构单元组装，建构多种具有高分子对称性、广泛pi电子共轭体系、不同维数及延展程度和特定非线性光学性能的功能簇合物或功能簇聚物，以进一步探讨功能簇合物的分子结构、空间构型、簇骨架对称性、刚性有机骨架基团和结构单元及其电子结构、电性能、骨架结构单元共轭程度等因素是如何影响、调控功能簇合物的三阶非线性光学性能，在分子量级上深入研究、探讨与阐明功能簇合物分子的各种亚结构单元对功能金属簇合物宏观非线性光学性能的影响与调控规律，制备与合成高非线性极化率、超快响应速度、低损伤阈值的无机-有机杂化簇合物基三阶非线性光学分子功能材料，探索这类分子功能材料在高速发展的光电功能材料研究领域新的实际应用。

本项目致力于基于过渡金属硫属功能簇合物/簇聚物分子结构及卟啉共价功能化碳纳米管/石墨烯的非线性光学性能调制研究。申请人系统地研究了基于有机发色团组装的多维过渡金属簇聚物、主客体超分子阳离子模板法及稀土/碱土阳离子模板法自组装合成系列杂双簇金属簇聚物的设计合成，探讨了各类构型功能簇合物的三阶非线性光学性能、光限制效应及其光学机理，运用含时密度泛函理论计算方法从理论上初步阐明了功能簇合/聚物结构体系的电子结构、两种不同过渡金属元素d轨道电子组分对分子体系非线性光学性能的贡献。与此同时，申请人还设计采用1,3-偶极环化加成、自由基亲电加成及酯化反应等将功能化卟啉一步或分步共价接枝到多壁碳纳米管、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯的表面，制备了具有较好溶解性和分散稳定性的卟啉共价功能化碳纳米管/石墨烯有机-无机杂化纳米复合材料，实现了卟啉功能化多壁碳纳米管/石墨烯无机-有机杂化材料非线性光学性能的增强，初步阐明了其增强的非线性光学性能和光限制功能可归因于卟啉基团的反饱和吸收、碳纳米管/氧化石墨烯/还原氧化石墨烯的非线性散射及卟啉到多壁碳纳米管/还原氧化石墨烯的光诱导电子或能量转移的累积效应。上述相关研究成果在Nano Research, Chemistry-A European Journal, Carbon, Journal of Materials Chemistry A, Crystal Growth & Design等重要期刊上共发表SCI论文36篇。