非線性光學（NLO）資料在雷射倍頻、電光調製、光存儲、光限幅和光開關等方面具有廣泛應用，是實現以光電子技術為覈心的現代資訊技術的重要物質基礎。其中紫外日盲區（solar-blind，210-280 nm）非線性光學資料，在安全通信網絡、火灾監測系統和食品殺菌等應用的重要應用。現時大多數商用的紫外非線性光學資料為無機資料，而有機資料很少，這主要是因為：1）有機非線性基元間容易存在較大的偶極相互作用，這促使75%的有機資料結晶於中心對稱結構，進而使晶體無二階NLO響應；2）有機基團間的團聚，容易使得大多數構建的有機NLO晶體能隙發生紅移，造成晶體在紫外範圍內不透明。囙此，如何在含大偶極矩有機系統中打破中心對稱陷阱，設計合成綜合性能優越的紫外有機NLO資料具有重要的意義。
針對上述科學問題和技術需求，北京師範大學化學學院吳立明、陳玲教授課題組近期通過第一性原理計算篩選出具有大的極化各向異性、高的超極化率和較大的帶隙的極性有機發色團四羥基吡啶陽離子（C5H6ON）+，首次提出其可作為優越的紫外日盲區NLO活性功能基元。基於此，他們利用“鹽策略”，結合氫鍵工程，通過調節陰陽離子二元體系的摩爾比例（C5H6ON）+：（H2PO4）−= 1:0，2: 1，1: 1），有效地調控了晶體中有機基團偶極-偶極相互作用，打破了偶極相互作用誘導的“中心對稱陷阱”，成功設計合成了一種性能優越的半有機紫外日盲區NLO晶體（C5H6ON）+（H2PO4）-，4HPP。研究表明，其在重要的可見至近紅外光學基波範圍（600-1500 nm）呈現出較大二階倍頻響應（2.1-3×KDP），優於唯一商業化的半有機LAP和DLAP晶體（2.14×KDP），且其中具有π共軛的有機陽離子基團（C5H6ON）+由於其顯著的結構各向異性特徵，使得4HPP晶體呈現出較大的雙折射率（0.25 @1064 nm），遠大於具有非π共軛特點的LAP晶體（0.075 @1064 nm）。另外，相較於LAP晶體，4HPP呈現出較寬的透過範圍（0.26–1.50μm），較好的熱穩定性（166°C vs 112°C of LAP）和高的雷射損傷閾值LIDT（2.2×KDP），是迄今為數不多的、綜合性能優越的、具有重要應用前景的NLO資料之一。
該研究成果被《美國化學會雜志》接收發表。北京師範大學化學學院為唯一完成單位，通訊作者為吳立明和陳玲教授。該研究得到國家自然科學基金、北師大高層次引進人才基金、化學學院、北京市重點實驗室、北京市自然科學基金等資金的大力資助，特此感謝。
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