高效菲那烯与芘基衍生物的系统计算设计：调控光学与非线性光学响应

为优化非线性光学（NLO）材料性能，研究人员通过量子化学框架，对菲那烯和芘进行氮 / 硼掺杂及端基、核心结构修饰。经 DFT 计算发现，Phe-4 线性极化率（α）、Pyr-4 第二超极化率（γ）表现优异，且化合物具光伏应用潜力，为 NLO 材料设计提供新思路。

　　

非线性光学（NLO）材料是当代智能材料之一，可用于调制激光相位和频率。本研究通过量子化学方法，对菲那烯和芘进行氮 / 硼（N/B）掺杂及末端与中心核结构修饰，设计系列衍生物（Phe-1 至 Phe-4 为菲那烯衍生物，Pyr-1 至 Pyr-4 为芘衍生物）。利用密度泛函理论（DFT）在 M06-2X/6-311G * 理论水平下优化基态分子几何结构，对比分析线性极化率（α）和第二超极化率（γ）。结果显示，Phe-4 的 α_iso和 α_aniso值最高，分别为 114.7×10^-24 esu 和 197.9×10^-24 esu；Pyr-4 因独特分子设计和强供体 - 受体基团，γ 值达 1929.9×10^-36 esu，其高 γ 源于低能电子跃迁和高振子强度。电子密度差（EDD）图、态密度（DOS）、静电势、跃迁密度矩阵（TDM）及前线分子轨道（FMOs）分析表明，分子内电荷转移（ICT）有效，赋予良好 NLO 响应。此外，化合物开路电压（2.144 eV 至 0.395 eV）和光收集效率（0.486 eV 至 0.989 eV）显示其在光伏领域的应用潜力。本研究为高性能 NLO 材料设计及光伏应用提供了理论依据。