吡咯烷鎓-2-氯-5-硝基苯甲酸单晶的合成、光谱及非线性光学特性研究

本文推荐一种新型非线性光学晶体——吡咯烷鎓-2-氯-5-硝基苯甲酸（PC）单晶，通过缓慢蒸发溶液生长法制备。该晶体属单斜晶系（空间群P21/c），具有优异的光学透过率（70%）、高激光损伤阈值（LDT 5.859 GW/cm2）及显著的三阶非线性光学（NLO）特性，其活化能（Ea）达95.19 kJ mol-1，在光学通信和电光器件领域潜力突出。

　　

亮点

材料合成、溶解度与晶体生长

通过缓慢蒸发技术，将吡咯烷与2-氯-5-硝基苯甲酸以等摩尔比在乙醇溶剂中反应，成功制备标题化合物PC晶体（反应路线见图1）。溶解度测试显示其在乙醇-水（1:1）混合溶剂中随温度升高而显著增加，35°C时溶解度最佳，适于高质量晶体生长。

单晶X射线衍射

晶体结构解析采用SHELXS-97程序，通过全矩阵最小二乘法完成。芳香环C-H键长固定为0.93 ?，氢原子采用骑乘模型优化。ORTEP-3分子图显示PC晶体为单斜晶系（空间群P2₁/c），晶胞参数a=15.247(4) ?，b=11.994(7) ?，c=11.652(8) ?，β=99.865(2)°，V=2099.5(3) ?3，Z=4。分子堆积图（图3a）与热椭球图（图3b）揭示了其紧密的氢键网络和π-π堆叠作用。

结论

PC晶体展现出70%的可见光透过率（截止波长412 nm）和高达5.859 GW/cm²的激光损伤阈值（LDT），优于尿素和KDP。光致发光光谱中644 nm的尖锐发射峰证实其高结晶质量，三阶NLO特性（如可饱和吸收和非线性折射）使其成为光学器件的理想候选材料。