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Nano Lett. | 二维金属-吡啶卟啉框架薄膜的光限幅效应研究
英文原题Oriented Assembly of 2D Metal-Pyridylporphyrinic Framework Films for Giant Nonlinear Optical Limiting

通讯作者:谷志刚研究员,中科院福建物质结构研究所
作者:De-Jing Li (李德晶), Qiao-hong Li (李巧红), Zhi-Gang Gu (谷志刚), Jian Zhang (张健)


三阶非线性光学(NLO)材料因其在光限幅、锁模、光开关等激光领域的重要应用,引起了人们的极大关注。金属-有机框架(MOFs)材料作为有序的晶型网络结构,在众多的光学领域中体现出了极大地研究价值,被认为是比较有前景的NLO材料,尤其是以含有大π共轭体系的卟啉配体构筑的MOFs材料。其中,三维的卟啉MOFs材料由于具有弱的π-π相互作用,这在很大程度上限制了它们的NLO行为,往往需要在它们的孔道中去载客体分子来提高它们的NLO行为,相反二维的MOFs材料中却存在着大量的π-π相互作用。虽然MOFs材料的NLO行为已经被探究,但是二维MOFs材料的NLO行为鲜有报道, 尤其是具有单一取向的卟啉MOFs薄膜材料还未被报道。


近日,中科院福建物质结构研究所张健研究团队的谷志刚研究员在Nano Letters上发表了关于单一取向的二维吡啶卟啉MOFs薄膜的NLO行为的研究报道。研究者通过自主开发的液相外延层层浸渍法在石英玻璃基底上制备了一系列的含有不同金属化吡啶卟啉的二维MOFs薄膜ZnTPyP(M) (M = Cu, Ni, Mn, H2), 在该材料中锌节点和卟啉连接成二维片层,层间彼此错位排列,近似垂直于基底生长。

图1. 液相外延法制备ZnTPyP(M)薄膜过程


图2. ZnTPyP(M)结构和形貌表征


研究结果表明ZnTPyP(M) (M = Cu, Ni, Mn)薄膜材料的NLO性能要明显优于ZnTPyP(H2)薄膜,尤其是ZnTPyP(Cu)薄膜表现出了最高的三阶极化率。理论计算表明卟啉环中金属的引入会使得卟啉分子更加的离域以及增强的π-π*局部激发调控了ZnTPyP(M)薄膜的NLO性能。该工作不仅提供了新的光限幅候选材料,而且进一步拓展了对MOFs结构与NLO性能之间关系的理解。

图3. ZnTPyP(M)薄膜的NLO性能



Nano Lett.  2021, ASAP

Publication Date: November 19, 2021

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03655

Copyright © 2021 American Chemical Society


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