俞洪伟教授团队在深紫外晶体功能基元序构设计方面

取得进展

深紫外非线性光学晶体是拓展全固态激光波长的核心基础材料，其性能优化与生长控制是国际研究难点，经典的KBe₂BO₃F₂（KBBF）晶体因含剧毒铍元素及强层状生长特性，制约了实际应用。近期，天津理工大学功能晶体研究院俞洪伟教授研究团队通过连接基元[YO₆]八面体诱导π共轭功能基元[B₃O₆]实现序构，设计合成出综合性能优异的深紫外非线性光学晶体——Cs₂KY(B₃O₆)₂，该晶体实现了深紫外非线性光学晶体在SHG响应（4.8×KDP）、生长习性、紫外透过率（<190 nm）等性能的协同突破，为高性能光学材料设计提供了新思路。相关研究成果以“A Promising Deep Ultraviolet Nonlinear Optical Crystal Activated by the Ordered Structure Design”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

摘要：

深紫外（DUV）非线性光学（NLO）晶体在众多科学与技术领域发挥着至关重要的作用，但其理性设计仍面临巨大挑战。本研究基于序构设计策略，成功设计并合成了一种类KBe₂BO₃F₂型深紫外透明非线性光学晶体Cs₂KY(B₃O₆)₂。在此设计中，我们首次采用最大π共轭的B₃O₆功能基团取代BO₃三角形基团，最大化二次谐波产生（SHG）响应；同时引入K/YO₆连接基团替代BeO₃F，优化层间连接。最终，Cs₂KY(B₃O₆)₂不仅表现出类KBe₂BO₃F₂深紫外硼酸盐中最大的SHG响应值，还实现了沿c轴方向的最佳生长速率（强层状生长习性是阻碍KBe₂BO₃F₂及其衍生物实际应用的最大瓶颈）。研究表明，将BO₃三角形基团替换为拓扑相似的B₃O₆环状基团，并将(BeO₃F)₂基团替换为拓扑相似的K/YO₆八面体连接基团，可在更大尺度上精准调控材料功能特性。这使Cs₂KY(B₃O₆)₂展现出优异的综合性能，并成为极具应用前景的深紫外非线性光学晶体。因此，序构设计策略可为通过功能基团与连接基团的理性组装来设计高性能材料提供了新思路。

文章信息：

H. Liu, X. Zhai, X. Li, et al. A Promising Deep Ultraviolet Nonlinear Optical Crystal Activated by

the Ordered Structure Design. Angew. Chem. Int. Ed, 2025, e202502252.

DOI: 10.1002/anie.202502252