基于第一性原理计算的结构最优搜寻为探索新型材料提供有效手段。缩短材料制备的研发周期,中科院新疆理化所研发团队建立了材料软件研发、材料基因筛选及预测、材料设计、第一性原理计算和结构预测到设计制备的材料集成研究系统。
近期,该团队提出并首次在实验上证明[BOxF4-x]基团为深紫外优势基团,引入其可构建有利于产生大双折射的结构,同时产生大的倍频效应和短的紫外截止边(Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 3916),遵循这一策略,设计合成了一系列具有优异性能的氟硼酸盐深紫外非线性光学材料,包括NH4B4O6F,CsB4O6F,RbB4O6F,CsKB8O12F2,CsRbB8O12F2,MB5O7F3(M = Ca,Sr)等。在此基础上,该团队进一步设计组装[BOxF4-x]基团,证明了由[BOxF4-x]基团组成的微观基团在平衡“带隙-倍频效应-双折射率”方面的优势性,以此设计并预测了分子式为BaB2O3F2非线性光学材料(Chem. Mater., 2019, 31, 2807-2813),其中BaB2O3F2-I被该团队通过实验得到了证实。所有预测的结构均表现出大带隙(8.1-9.0 eV),四个非中心结构的BaB2O3F2含有与NH4B4O6F等类似的层结构,倍频效应均大于3倍KDP。特别是通过第一性原理计算发现,阴离子基团仅有BO3F的BaB2O3F2-IV和BaB2O3F2-V倍频效应高达4倍KDP,直接证明了BO3F阴离子基团有利于产生大倍频效应。
该系列研究成果发表在美国化学学会《化学材料》(Chem. Mater., 2019, 31, 2807-2813, 10.1021/acs.chemmater.8b05175)及《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201905558),并被选为Chem. Mater.封面进行报道。
(来源:中国科学院新疆理化技术研究所)