隨著全固態(tài)激光技術(shù)在光通訊、光加工和光存儲(chǔ)等領(lǐng)域的發(fā)展，深紫外及紅外非線性光學(xué)晶體材料成為目前國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。金屬碘酸鹽晶體因具有較強(qiáng)的倍頻效應(yīng)、較寬的透過(guò)波段、較高的熱穩(wěn)定性和光學(xué)損傷閾值在非線性光學(xué)晶體材料領(lǐng)域占有非常重要的地位。設(shè)計(jì)非線性光學(xué)晶體材料的難點(diǎn)是如何構(gòu)筑無(wú)心結(jié)構(gòu)及如何增加材料的*化率。前期，中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所新型光電功能材料實(shí)驗(yàn)室研究員潘世烈領(lǐng)導(dǎo)團(tuán)隊(duì)在含氟硼酸鹽、磷酸鹽等體系進(jìn)行了系統(tǒng)研究，設(shè)計(jì)合成了系列氟硼酸鹽、氟磷酸鹽非線性光學(xué)晶體（J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 10645； Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 14119； Nat. Commun., 2018, 9, 3089； Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 9828），開(kāi)辟了深紫外非線性光學(xué)材料設(shè)計(jì)合成的新思路。

近年來(lái)，該研究團(tuán)隊(duì)基于碘酸鹽體系也獲得一系列性能優(yōu)異的非線性光學(xué)功能晶體材料。由于氟的電負(fù)性比氧強(qiáng)，在碘酸鉍體系中引入F原子不僅可以調(diào)節(jié)晶體結(jié)構(gòu)，而且可擴(kuò)大帶隙，提升材料激光損傷閾值。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)首次合成金屬碘酸鹽氟化物，Bi3OF3(IO3)4。結(jié)果表明，該晶體結(jié)構(gòu)中含有孤立的IO3離子基團(tuán)，具有大的粉末倍頻效應(yīng)（~ 6× KDP），具有較高的激光損傷閾值，約為10×AgGaS2，寬的透射率范圍約為（0.3-12μm），為設(shè)計(jì)新型非線性更新材料碘酸鹽提供了一條可行的途徑。上述成果已發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《化學(xué)材料》上（Chem. Mater. 2017, 29, 945）。

隨后，團(tuán)隊(duì)在Cs-I-O-F體系中搜尋，設(shè)計(jì)合成了一系列性能優(yōu)異的含氟碘酸鹽晶體。該工作中選擇了CsIO3作為母體結(jié)構(gòu)，在水熱合成條件下引入不同的陰、陽(yáng)離子單元（F-、H5O2+和IO2F2-），首次成功制備出CsIO2F2，Cs3(IO2F2)3·H2O，和Cs(IO2F2)2·H5O2晶體，并對(duì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及性能進(jìn)行了詳細(xì)分析。其中，非中心對(duì)稱CsIO3和CsIO2F2具有良好的非線性光學(xué)性質(zhì)，包括大的倍頻效應(yīng)（15×和3×KDP）、寬的帶隙（4.2和4.5eV）、寬的透射范圍（~0.27-5.5μm）和高的激光損傷閾值（15×和20×AgGaS2）。研究結(jié)果提出了一種新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略合成新的功能材料，并對(duì)大尺寸晶體生長(zhǎng)進(jìn)行了探索研究。相關(guān)成果已發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)期刊《化學(xué)材料》上（Chem. Mater. 2018, 30, 1136）。

近日，該團(tuán)隊(duì)又在稀土碘酸鹽化合物中首次引入氟離子，成功合成了首例稀土碘酸鹽氟化物Ce(IO3)2F2·H2O。稀土碘酸鹽具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)化學(xué)性質(zhì)，特別是在非線性光學(xué)和發(fā)光材料方面吸引了研究者的廣泛關(guān)注。到目前為止，還未發(fā)現(xiàn)含氟稀土碘酸鹽化合物的相關(guān)報(bào)道。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Ce(IO3)2F2·H2O是一種結(jié)構(gòu)新穎的新型碘酸鹽氟化物，CeO5F4多面體跟孤立的IO3基團(tuán)相互連接形成一維的無(wú)線鏈1∞[Ce(IO3)2F2]，鏈和鏈之間是弱的氫鍵鏈接。另外，該化合物具有大的非線性光學(xué)效應(yīng)，約為（~ 3× KDP）。相關(guān)成果以封面文章發(fā)表在WILEY-VCH《歐洲化學(xué)》上（Chem. Eur. J. 2019, 10.1002/chem.201804995）。

上述研究結(jié)果豐富了碘酸鹽化學(xué)，增加了晶體結(jié)構(gòu)的多樣性并擴(kuò)展了含氟碘酸鹽在非線性光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。