镨掺杂碘酸盐中阴离子单元的多因素定向调控及其非线性光学性能研究

本文系统研究了通过分子工程策略调控镨碘酸盐（Pr-iodates）晶体结构的对称性与非线性光学（NLO）性能。通过引入H2O、[OH]?和[SO4]2?等基团，成功设计出三种非中心对称（NCS）结构（γ-Pr(IO3)3、Pr(IO3)3·H2O和Pr3(OH)(IO3)8）及一种中心对称（CS）结构（Pr(IO3)(SO4)），揭示了阴离子空间取向与二次谐波产生（SHG）响应的构效关系，为新型激光频率转换材料开发提供理论依据。

　　

Highlight

本研究以中心对称（CS）母体β-Pr(IO₃)₃为原型，通过合成条件调控、水分子引入、[OH]^?等效替代及[SO₄]^2?异价取代等策略，成功获得四种镨碘酸盐衍生物。其中γ-Pr(IO₃)₃展现出相位匹配的1.3倍KDP级SHG响应，而Pr(IO₃)₃·H₂O因氢键网络构建的3D框架使其SHG强度提升至1.7倍KDP。

Crystal Structure Analysis

单晶X射线衍射表明：γ-Pr(IO₃)₃和Pr(IO₃)₃·H₂O属于P2₁空间群（No.4），Pr₃(OH)(IO₃)₈则结晶于P3₁c1（No.158），三者均为非中心对称结构；而Pr(IO₃)(SO₄)虽为CS结构，但其光学带隙显著拓宽至4.09 eV。

Conclusions

通过多因素调控实现了镨碘酸盐从CS到NCS结构的定向转化，系统阐明了[IO₃]^?偶极矩排列与SHG性能的关联机制，为设计高性能非线性光学晶体提供了新思路。