【儀表網 研發快訊】隨著激光技術的發展，非線性光學材料在光限幅、全光開關、光通信等領域展現出廣闊的應用前景。其中，有機π-共軛材料因具有高的非線性光學系數、低的非線性響應閾值、易于結構調控的非線性光學性能等優勢而備受關注。線性并苯類稠環是一類經典的有機π-共軛材料，被廣泛應用于有機光電器件中。而該類材料隨著共軛長度的增加，化學穩定性變差，極易被氧化或發生Diels-Alder反應。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及應用。
近日，中國科學院理化技術研究所特種影像材料與技術研究中心副研究員孫繼斌、湘潭大學教授陳華杰課題組、英國劍橋大學博士曾維軒等合作，采用酮胺縮合策略，構建了一類化學性能穩定、溶解性好的氮摻雜非交替納米帶分子(圖1)，并將該類材料應用于非線性光學領域，揭示了氮摻雜非交替納米帶分子優異的反飽和吸收性能(圖2)。其中，研究引入末端三蝶烯和側基三異丙基硅乙炔，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元稠環分子。此外，多重五元環的植入有效阻斷了線性并苯類稠環的全局芳香性，實現了基態與激發態兼具的局域芳香性，因而提高了π-共軛系統的穩定性，使得材料(NNNR-2)的三階非線性吸收系數達到374cmGW–1，且在同等測試條件下，顯著高于經典非線性光學材料C60(153cmGW–1)。
相關研究成果以N-Doped Nonalternant Nanoribbons with Excellent Nonlinear Optical Performance為題，發表在《德國應用化學》(Angewandte Chemie International Edition)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、湖南省教育基金會和瑪麗·居里研究計劃的支持。
圖1. 氮雜非交替納米帶分子NNNR-1和NNNR-2的(a)化學結構和(b)理論結構模擬
圖2. 氮雜非交替納米帶分子NNNR-1和NNNR-2的非線性光學性能
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