潘世烈、张敏等在羟基化平面型硼氧基元组装设计深紫外双折射晶体取得进展

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双折射晶体在光通信和激光工业中对偏振光的调制起着重要的作用。目前为止，尽管有数种双折射晶体已商业化应用，但可应用于深紫外波段的双折射晶体仍十分有限，深紫外双折射晶体的发展仍然面临着严峻的挑战。
       通常实现晶体大双折射的方法主要有：金属阳离子增益（引入易产生二阶Jahn-Teller效应和高极化的d10金属阳离子等）和功能阴离子基团增益（引入具有大的极化率各向异性的平面型功能基团，如[BO3]、[B3O6]、[CO3]、[NO3]等）。其中，硼酸盐具有短的紫外截止边，在深紫外区透过有独特的优势，因此聚焦硼酸盐基双折射晶体材料和寻找新的性能优异的硼酸盐功能基团对设计和发展深紫外双折射晶体有重大意义。

图1 [BO3]、[B(OH)3]、[B3O6]和[B3O3(OH)3]基团的极化率各向异性和HOMO-LUMO带隙

图2 CBHC-I、CBHC-II、CBHC-III和RBHC的晶体结构

        新疆理化技术研究所新型光电功能晶体材料团队一直致力于硼酸盐新型紫外、深紫外光学晶体的研究。近日，该团队提出羟基化的平面型π共轭的[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]可作为一种高效的双折射活性基团用于设计深紫外双折射晶体材料。通过将氢原子引入到[BO3]和[B3O6]基团中，有利于消除[BO3]和[B3O6]基团中终端氧原子的非键态，增大HOMO-LUMO带隙；其次，羟基的引入使[BO3]和[B3O6]基团中离域π轨道上的π电子更加弥散，有利于增大微观基团的极化率各向异性；此外，[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]基团作为中性分子具有相似的配位环境和空间构型，这有利于它们在结构构筑中呈现自由灵活的组装模型。
         基于该功能基团通过合理设计与组装，该团队首次合成了四例新的羟基硼酸盐Cs3[B(OH)3]2Cl3 (CBHC-I)、CsB3O3(OH)3Cl (CBHC-II)、Cs[B(OH)3][B3O3(OH)3]Cl (CBHC-III)和Rb3[B(OH)3][B3O3(OH)3]2Cl3 (RBHC)，在它们的结构中，[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]功能基团都呈现出非常一致的共平面排列，这有利于产生大的双折射率(0.057-0.123@532 nm)。此外，这些化合物采用传统的水溶液法制备，合成条件温和（溶剂挥发法，低于80 oC），并表现出短的深紫外截止边（180 nm）。研究结果表明，基于π共轭的[B(OH)3]和[B3O3(OH)3]功能基团的灵活组装为设计合成新的深紫外双折射晶体材料提供新的思路。
        相关研究成果以VIP（Very Important Paper）的形式发表在《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上。新疆理化技术研究所为唯一完成单位，潘世烈研究员和张敏研究员为通讯作者，博士研究生焦佳豪和程孟为第一作者。该研究工作得到中科院青促会，国家自然科学基金，自治区重大专项等项目的资助。
        文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202205060
        文章来源：新疆理化所
      潘世烈，男，理学博士，中国科学院新疆理化技术研究所研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，国家杰出青年科学基金获得者，国家"万人计划"领军人才入选者，中国科学院新疆理化技术研究所副所长，中科院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任。1996年于郑州大学获得理学学士学位，同年保送郑州大学研究生于1999年获理学硕士学位，2002年7月于中国科学技术大学获理学博士学位，2004年中国科学院理化技术研究所博士后出站后，到美国Northwestern University化学系做博士后研究。2007年6月招聘回国到中国科学院新疆理化技术研究所工作入选中科院“百人计划”。先后在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文300余篇，其中，SCI影响因子大于4.0的文章130余篇。
         张敏，博士，研究员，博士生导师，国家优秀青年基金获得者。2012年毕业于中科院新疆理化技术研究所获博士学位并留所工作。主要从事硼酸盐光电功能晶体生长及应用评估研究。目前已在"NatureCommun.", "J.Am.Chem.Soc." 等期刊发表SCI论文69篇，其中以第一作者或通讯作者发表论文39篇。申请中国发明专利9件，美国发明专利2件。分别以第三完成人和第四完成人获得2012年和2014年自治区科技进步一等奖各1项；以第三完成人获得2018年自治区自然科学奖一等奖1项；十四届新疆自然科学优秀学术论文一等奖；入选2013年首届新疆自治区"天山英才工程"第二层次培养人选；2016年度自治区杰出青年；2020年度"天山英才"人才培养工程。主持国家自然科学基金面上项目、自治区国际合作项目、中科院西部之光博士项目、自治区自然科学基金等。