基于双活性基因整合的锌基杂化紫外非线性光学晶体设计与双色发光性能研究

研究人员通过整合平面π共轭有机阳离子和d10金属[ZnBr4]2-四面体，设计出新型杂化非中心对称晶体(C8H14N2)ZnBr4，其展现出强二次谐波产生(SHG)响应(2.9×KDP)、261 nm短截止波长及蓝黄双色发光特性，为紫外非线性光学材料开发提供了新策略。

　　

在激光技术领域，非线性光学(NLO)晶体是实现频率转换、产生纠缠光子对的关键材料。尽管传统无机晶体如KDP、KBBF等已商业化，但其高昂成本和复杂制备工艺制约发展；而有机晶体虽具分子可设计性优势，却面临热稳定性差、易潮解等问题。如何开发兼具优异光学性能与稳定性的新材料，成为研究焦点。

山东大学的研究团队在《Materials Today Chemistry》发表研究，创新性地将平面π共轭的4-乙氨基甲基吡啶阳离子与[ZnBr₄]^2-四面体结合，成功制备出非中心对称结构的(C₈H₁₄N₂)ZnBr₄晶体。该研究采用单晶X射线衍射确定结构，通过紫外-可见光谱、热重分析、激光诱导损伤阈值(LIDT)测试及第一性原理计算系统表征性能。

晶体结构
单晶解析显示该晶体属P2₁空间群，晶胞参数a=7.8672(13) ?。有机阳离子中乙氨基的给电子效应增强了-CH₂-与吡啶环的电荷转移，[ZnBr₄]^2-四面体畸变度为9.3°，二者协同诱导非对称极化。

光学性能
材料表现出突破性综合性能：SHG效应达KDP的2.9倍，双折射率0.057@546 nm，激光损伤阈值8.15 MW cm^-2，热分解温度268°C。特别值得注意的是，在320 nm激发下可同时产生438 nm蓝光（源自有机组分）和580 nm黄光（源于自陷激子），首次在锌基杂化晶体中实现激发波长依赖的双色发光切换。

理论计算
密度泛函理论计算揭示，光学性能源于有机阳离子的π→π跃迁（贡献率68%）与[ZnBr₄]^2-的n→σ跃迁（32%）的协同作用，能带结构显示其5.12 eV的宽禁带特性与261 nm紫外截止边吻合。

该研究不仅提供了性能优异的紫外NLO材料，更开创了通过"有机π共轭单元+金属卤素四面体"双活性基因组装设计杂化材料的新范式。其双色发光特性为多功能光学器件开发开辟新途径，而锌元素的低毒、储量丰富特性赋予该材料显著的产业化潜力。这项工作被审稿人评价为"杂化光学材料设计领域的标志性进展"。