دراسة الخواص الضوئية والكهروكيميائية لمركبات بوليمرات اكاسيد الفلزات كمركبات ضوئية لاخطية

رسالة ماجستير

اسم الباحث : أشرف حسين صالح

اسم المشرف : أ.م.د. أحمد هادي اليساري أ.م.د. حسن فيصل نعمة

الكلمات المفتاحية :

الكلية : كلية العلوم

الاختصاص : علوم الكيمياء

سنة نشر البحث : 2023

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

تقسم هذة الاطروحة الى ثلاث أقسام: الاول تضمن مقدمة عن مواد NLO وكيفية توليد SHG مع شرح على الربط بين المانح والمستقبل والربط بينهما من خلال π-bridgesبواسطة Two-State Model وكذلك تم التطرق على POM مع انواعه وايضاً تم توضيح عن أقوى مانح موجود وهو الجولودين. في القسم الثاني تم ايضاح معادلة شرودنگر والتقريبات الاربعة وماهية كيمياء الكم وما هو HF بعدها تم التكلم عن TDDFT وDFT والمواضيع ذات الصلة. في القسم الثالث كانت مناقشة لجميع النتائج التي تم الحصول عليها.
تستخدم المواد البصرية غير الخطية لمعالجة ضوء الليزر من خلال ظواهر من الدرجة الثانية مثل التوليد التوافقي الثاني (مضاعفة التردد) وتأثيرات الدرجة الثالثة على سبيل المثال امتصاص فوتونات متعددة. في هذه الرسالة يتم التحقق في مواد حيث يتم توصيل مستقبلات الالكترون POM عبر مجموعات مانحه الالكترون العضوي في هذا المشروع قمنا من الناحية النظرية من خلال حسابات نظرية كثافة الدالة في الغالب بدراسات المركبات الجديدة بشكل منهجي مثل مجموعات المانحة Julolidine القوية للمركبات اللاخطية الضوئية الفعالة كما تم تقييم الهياكل الهندسية والالكترونية والخصائص البصرية وغير الخطية التربيعية من خلال ادخال Julolidine فيها وتظهر الأنظمة المدروسة استجابات غير خطية كبيرة من الدرجة الثانية
× 10−30 esu 1048 للمركب 3 عند تعزيز الرابطة المقترنة يتم تحسين استجابات المحسوبة بمعامل 2.1 كما تم فحص اثار التعويض (مجموعات الالكيل والفينيل) على فاعلية مانح Julolidine وبالتالي على الاستجابات اظهرت النتائج زيادة في الاستجابة لمشتقات Julolidine المعوضة للفينيل كما أظهرت النتائج تعزيزا يصل الى 2.1 في استجابات β لمشتقات Julolidine المستبدلة بالفيننيل التي تصل الى× 10−30 esu 1048 للمركب 8.
بشكل عام تشير حسابات TDDFTالى ان الانتقال قوي منخفض الطاقة يمكن ان يعزى بشكل أساسي الى نقل الشحنة من Julolidine -اريل اميدو الى مجموعة hexamolybdate مما يشير الى وجود اتصال قوي بين مكوناتPOM وJulolidineالمسؤولة عن السلوك الخطي الغير بصري لخطوط هذه المركبات. بالنسبة لرابطة مثلية اورثو ايميدو لها تأثير كبير على الاستقرار وبالتالي طول وخطية الرابطة على الرغم من انها تقلل بشكل طفيف قيمة بيتا. تظهر المجموعة الكاملة من النتائج نشاط المواد اللاخطية الضوئية لمركبات POMو Julolidine مع الحفاظ على نافذة شفافية جيدة نسبيا مقارنة بالأنظمة العضوية النقية المماثلة.

A study the Optical and Electrochemical Properties of Polyoxometalate -Based Non-Linear Optical Compounds.

This thesis is divided into three sections: the first includes an introduction to NLO materials and how to generate SHG with an explanation of the connection between the donor and the acceptor and the link between them through π-bridges by the Two-State Model. POM with its types was also discussed, and the most powerful doner that exists, which is julolidine, was also clarified. In the second section, the Schrödinger equation, the four approximations, what quantum chemistry is, and what is HF were explained, after which TDDFT, DFT, and related topics were discussed. In the third section was a discussion of all the results obtained.
Non-linear optical (NLO) materials are used to manipulate laser light through 2nd order phenomena such as second harmonic generation (frequency doubling), and 3rd order effects for instance multi-photon absorption. In this thesis, investigating of NLO materials in which polyoxometalate (POM) electron acceptors is connected via phenylimido groups to organic electron donors is conducted. In this project, we have theoretically, mostly by DFT calculations, systematically studied new compound such as julolidine-based donor groups, very strong donors, as an efficient NLO compound. Their geometric and electronic structures, linear optical and second-order nonlinear properties have also been evaluated. By the introduction of julolidine into the organoimido-hexamolybdate, the studied systems show substantial second-order nonlinear (NLO) responses of up to 1048 × 10−30 esu for compound 3. Upon enlarging the π-conjugated linker, the calculated β-responses are enhanced by a factor of 2.1. Substitution effects (including alkyl and phenyl groups) on donor strength of julolidine and hence on the β -responses have also been investigated. The results showed an enhancement of up to 1.2 in β-responses for phenyl-substituted julolidine derivatives of up to 1242 × 10−30 esu for compound 8.
In general, TD-DFT calculations indicate that the strong low-energy transition can mainly be attributed to charge transfer (CT) from julolidine-arylimido to the hexamolybdate cluster, indicating strong communication between the POM and julolidine components, which is responsible for the linear and non-linear optical behavior of these compounds. Ortho-methylation to the imido-bond has a significant effect on the stability and hence on the length and linearity of the bond, although it slightly reduces the first hyperpolarizability. The whole set of results demonstrates the excellent NLO activity for julolidine-POMs compound while keeping relatively good transparency window compared to similar purely organic systems.