隨著激光技術(shù)的發(fā)展，非線性光學(xué)材料在光限幅、全光開(kāi)關(guān)、光通信等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中，有機(jī)π-共軛材料因具有高的非線性光學(xué)系數(shù)、低的非線性響應(yīng)閾值、易于結(jié)構(gòu)調(diào)控的非線性光學(xué)性能等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。線性并苯類(lèi)稠環(huán)是一類(lèi)經(jīng)典的有機(jī)π-共軛材料，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)光電器件中。而該類(lèi)材料隨著共軛長(zhǎng)度的增加，化學(xué)穩(wěn)定性變差，極易被氧化或發(fā)生Diels-Alder反應(yīng)。同時(shí)，隨著共軛體系的增大，分子間聚集程度增強(qiáng)，溶解性及其合成難度提高，因而限制了這類(lèi)材料的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用。

近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所特種影像材料與技術(shù)研究中心副研究員孫繼斌、湘潭大學(xué)教授陳華杰課題組、英國(guó)劍橋大學(xué)博士曾維軒等合作，采用酮胺縮合策略，構(gòu)建了一類(lèi)化學(xué)性能穩(wěn)定、溶解性好的氮摻雜非交替納米帶分子（圖1），并將該類(lèi)材料應(yīng)用于非線性光學(xué)領(lǐng)域，揭示了氮摻雜非交替納米帶分子優(yōu)異的反飽和吸收性能（圖2）。其中，研究引入末端三蝶烯和側(cè)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(bào)道的分子長(zhǎng)度最長(zhǎng)的可溶解氮雜非交替納米帶——含13元稠環(huán)分子。此外，多重五元環(huán)的植入有效阻斷了線性并苯類(lèi)稠環(huán)的全局芳香性，實(shí)現(xiàn)了基態(tài)與激發(fā)態(tài)兼具的局域芳香性，因而提高了π-共軛系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使得材料（NNNR-2）的三階非線性吸收系數(shù)達(dá)到374cmGW–1，且在同等測(cè)試條件下，顯著高于經(jīng)典非線性光學(xué)材料C60（153cmGW–1）。

圖1. 氮雜非交替納米帶分子NNNR-1和NNNR-2的（a）化學(xué)結(jié)構(gòu)和（b）理論結(jié)構(gòu)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(xué)性能

相關(guān)研究成果以N-Doped Nonalternant Nanoribbons with Excellent Nonlinear Optical Performance為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、湖南省教育基金會(huì)和瑪麗·居里研究計(jì)劃的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202306418