大数据-算法-探索合成具有非线性光学性质的硼酸盐.pdf

【大数据在探索非线性光学硼酸盐合成中的应用】 大数据技术在化学研究中的应用日益广泛，尤其是在新材料的探索和开发中发挥着重要作用。本文聚焦于利用大数据算法来研究具有非线性光学性质的硼酸盐化合物。非线性光学（Nonlinear Optics, NLO）是指材料对光的响应不是线性的，即光强与材料产生的效应不成正比，这种性质在激光技术、光通信和光信息处理等领域具有重要意义。 硼酸盐化合物因其结构的多样性，成为寻找高性能NLO材料的理想候选者。硼酸盐的结构通常由B03平面三角形和B04四面体通过共享顶点或少量共享边的方式形成，这些结构单元进一步构成一维链、二维层和三维骨架。在这些骨架中，金属阳离子、质子化的有机胺或过渡金属配合物作为结构导向剂，极大地增加了硼氧酸盐的种类和复杂性。 本文介绍了一种在水热溶剂热条件下合成具有非线性光学性质硼酸盐的方法。研究中，基于前期合成的硼酸铝基础，通过调整合成条件，成功制备了一系列硼酸铝化合物，并意外获得了两例碱金属硼酸盐和两例孤立结构硼酸盐。通过X射线单晶衍射、粉末X射线衍射、红外光谱、紫外光谱和热分析等实验技术对新合成的化合物进行了表征，并对具有非中心对称空间群的晶体进行了二阶非线性光学效应的测试。 在这些化合物中，五例铝锌体系的硼酸盐值得注意，它们是通过调节合成条件得到的。化合物1、2和4表现出二阶非线性光学性质，它们分别以不同的锌配合物作为结构导向剂。化合物5的锌离子与乙二胺和硼氧簇配位，形成了一种独特的硼酸盐结构，其中锌直接连接到硼酸铝骨架上。化合物3则展示了锌离子进入硼酸铝骨架形成二维双层结构，通过不常见的A1-O-A1键连接，形成三维结构，是首次报道的铝锌同时存在于硼氧簇骨架的结构。 此外，还探索了通过替换硼源为硼氢化钠合成硼酸钠盐，得到了化合物6和7。化合物6具有一维链状结构，钠原子填充空腔，链与链之间通过钠离子连接，形成三维网络结构。化合物7则展现出双链层状的二维结构，钠原子填充在双链间，同时连接着层与层之间的结构。 化合物8和9是非连续结构的硼酸盐，由[B5O6(OH)4]单元通过氢键连接成三维结构。在化合物8中，两个有机胺部分通过原位反应生成，其中的C4H9N?有机胺离子是反应中间态，这一现象在之前的硼酸盐研究中鲜有报道。 本文利用大数据算法，通过对溶剂组成、温度和酸碱度等因素的调控，探索了硼酸盐中B-O簇结构构筑单元的变化，合成出一系列新颖的具有非线性光学性质的硼酸盐化合物。这些研究不仅丰富了硼酸盐的化学多样性，也为设计和优化高性能NLO材料提供了理论依据和实验参考。关键词：硼酸盐、非线性光学性质、碱金属硼酸盐、硼酸铝、过渡金属硼酸盐、水热溶剂热合成。