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噻吩酰肼衍生物及其配合物的合成、晶体结构与非线性光学性质研究

刘国祥  
【摘要】: 二阶非线性光学晶体材料在光电子信息领域有着重要的应用,研究新型有机红外波段非线性光学晶体材料是该领域的前沿方向之一。本文根据非线性光学材料分子设计的原理,选择常温液相晶体生长法,控制晶体生长的过程,培养了六个晶体。利用X-射线单晶衍射、付里叶变换红外光谱、差热与热重分析、倍频效应分析、荧光分析和量子化学计算等手段研究了各种噻吩酰肼衍生物的结构和非线性光学性质。 这六个晶体包括四个有机化合物和两个配合物,它们是: X-射线单晶衍射结果结果表明,ATHZ属正交晶系,晶体空间群为Ccc2,无对称中心,分子间存在弱氢键。PTHZ-I与PTHZ-II为同质异晶,分子式均为C_8H_(10)N_2O_2 S。PTHZ-I属正交晶系,晶体空间群为P 212121,具有手性,一个晶胞中包含四个晶体学上独立的分子,一个分子中的两个肼基氮分别与另一分子的两个羰基氧形成分子间氢键,而PTHZ-II属三斜晶系,空间群为P-1,有心结构,一个晶胞中包含六个晶体学上独立的分子,首尾朝向完全不同的两个晶体分子形成百宝箱的两个侧面,另外四个晶体分子呈一定角度和距离叠起,将百宝箱分成三层,分子间存在复杂交错的氢键。IVTHZ空间群为P21/c,有心结构,化合物上的O,N原子与溶剂水分子的氢键作用使得晶体堆积成二维网状结构。配合物离子[Zn(THZ)_3]~(2+)和配合物离子[Ni(THZ)_3]~+为异质同构,金属属严重畸变的八面体构型,整个配合物离子呈奇异的正三角锥外型,锥顶为金属,锥棱为三个处于赤道平面同侧的噻吩酰肼配体。 双信道激光倍频效应测试表明,ATHZ和PTHZ-I均有明显的光致发光响应,对1.06μm激光二倍频强度均为KDP的3倍,是种很好的新型有机红外波段二阶非线性光学晶体材料。以GAUSSIAN 03程序包、3-21G标准基和H-F(Hartree-Fock)方法从头对噻吩酰肼系列衍生物进行量化计算,结合微观结构研究表明,侧链上推、拉电子取代基不太弱对增大二阶光学非线性都有利,扩大共轭范围也对增大二阶光学非线性有利。差示扫描热分析测试表明,ATHZ和PTHZ-I的热稳定性均高于POA,熔点分别提高了27oC和32oC。 实验表明,通过分子设计和控制晶体生长条件,可以培养出无对称心的晶体。


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