Overcoming the Bandgap‐Birefringence Trade‐Off: Proton‐Transfer Engineering of High‐Performance Ultraviolet‐Transparent Organic Crystal

双折射 极化率 各向异性 极化(电化学) 材料科学 带隙 分子间力 二面角 质子 分子 化学物理 光学各向异性 结晶学 光学 光电子学 工作(物理) 直接和间接带隙 分子物理学 凝聚态物理 分子间相互作用 化学 晶体结构 基态
作者
Lin Qiu,Xingyu Li,Bing-Wei Miao,Hongjian Yu,Wenlong Liu,Yifan Sun,Ru-Ling Tang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (16): e24424-e24424 被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202524424
摘要

Birefringent crystals are key materials for controlling the polarization state of light, and breakthroughs in their performance are crucial for advanced optical devices. In this study, π-conjugated groups [C7N2H11]+ and [C5N4H]- with high polarizability anisotropy (Δα), are constructed via a proton transfer strategy. The Δα of these groups is significantly higher than that of the corresponding neutral molecules. Based on this design, two centimeter-sized crystals are successfully prepared: [(C7N2H11)+(C5N4H)-]·C7N2H10·H2O (birefringence Δn = 0.233 @ 546 nm, band gap 3.66 eV) and [(C7N2H11)+(C5N4H)-]·H2O (birefringence Δn = 0.629 @ 546 nm, band gap 3.79 eV). [(C7N2H11)+(C5N4H)-]·H2O exhibits the highest birefringence among organic crystals with a wide band gap (> 3.0 eV). Structural analysis and theoretical calculations indicate that the inherently high Δα of [C7N2H11]+ and [C5N4H]-, combined with relatively small intermolecular dihedral angles between adjacent functional groups in the crystal, contribute synergistically to the excellent birefringence properties. Additionally, [C5N4H]- stabilizes water molecules through hydrogen-bond networks, enhancing the material's air stability. This work provides a new strategy for designing high-performance birefringent crystals based on proton transfer and π-conjugated groups with high polarizability anisotropy.
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