雙折射晶體材料作為一類重要的功能光學材料，憑借其獨特的光學性質，在現代光電子和光技術領域占據著不可或缺的地位。雙折射效應使晶體能夠將入射偏振光分離為兩束振動方向彼此正交、且折射率不同的光束，從而在偏振控制、相位調制、光束分離等眾多技術領域表現出廣闊的應用前景。近年來，為實現高性能雙折射材料的結構精準調控和性能優化，研究者通常通過引入具有平面π共軛結構的有機基團，以期增強晶體的光學各向異性。然而，這一策略普遍面臨固有局限：平面π共軛有機基團的分子軌道躍遷容易導致材料吸收邊明顯紅移，嚴重制約了此類材料在紫外波段的應用。因此，開發兼具高雙折射率與短紫外吸收截止邊的晶體材料，仍是當前功能晶體材料研究領域亟待解決的重要難題。 近日，四川大學鄒國紅教授團隊與四川師范大學董雪華副研究員合作，提出了一種創新的有機-無機雜化晶體合成策略。通過選擇兼具雙齒配位活性位點與平面π共軛結構的有機基團，并使其與具有孤對電子的活性金屬陽離子形成有效螯合，實現了雙折射率與紫外吸收截止邊的同步優化。在該策略的指導下，研究團隊成功合成了創紀錄高雙折射率晶體材料(C12H8N2)SbF3，其雙折射率達到Δn = 0.79（@546 nm），同時保持了短的紫外吸收截止波長（359 nm）。
具體而言，研究人員利用水熱法和溶劑揮發法，將典型π共軛配體1,10-菲啰啉（鄰菲羅啉）成功引入到銻基晶體材料體系中，獲得了(C12H8N2)SbF2(H2PO3)和(C12H8N2)SbF3兩種新型雜化晶體。晶體結構分析明確表明，鄰菲羅啉分子中N原子的孤對電子提供了有效的雙齒配位位點，與Sb3+陽離子形成了獨特的雙重Sb-N配位作用。這一配位模式不僅實現了有機平面共軛基團與無機金屬單元之間的高效結構協同，更有效促進了鄰菲羅啉的π共軛平面以近乎完全共面的方式高度有序排列，顯著提升了晶體結構的整體光學各向異性。此外，這種Sb-N配位效應還誘導了Sb中心配位環境的顯著畸變，進一步增強了無機基元的光學各向異性，從而協同推動材料整體光學性能實現質的飛躍。特別是(C12H8N2)SbF3晶體的雙折射率值，目前為紫外透明雜化晶體材料領域內所報道的最高紀錄。 為進一步深入理解晶體結構與其性能之間的內在聯系，研究團隊通過基于密度泛函理論（DFT）的理論計算，對上述晶體進行了系統的性能分析與驗證。計算結果與實驗數據表現出高度一致性，充分揭示了雙Sb-N配位效應對晶體材料結構及光學性能的決定性作用，從而進一步證實了該合成策略的科學性與有效性。 本研究開辟了一條實現高性能紫外波段雙折射晶體材料的新途徑，為未來新型功能晶體材料的設計開發提供了重要的理論與實驗參考，有望加速推動下一代先進光學材料的研發與應用。 論文信息 Double Sb-N Coordination Enables Record-High Birefringence in UV-Transparent Crystals Pu Zhang, Xuehua Dong, Ling Huang, Zhien Lin, Yuqiao Zhou, Guohong Zou Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424756
