Synthesis, Structure, and Optical Properties of Chiral Antimony-Based Hybrid Materials, (R)-SbF₃(C₈H₉NO₃) and (S)-SbF₃(C₈H₉NO₃)

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 새로운 키랄 비중심대칭(NCS) 하이브리드 화합물인 (R)- SbF3(C8H9NO3) [(R)-Sb]와 (S)-SbF3(C8H9NO3) [(S)-Sb]를 느린 증발법을 통해 성공적으로 합성하였다. 합성에는 입체화학적으로 활성인 Sb3+ 양이온, 전기음성 도가 높은 F- 음이온, 그리고 키랄 유도 리간드인 4-히드록시페닐글리신이 사용 되었다. 단결정 X-선 회절(SC-XRD) 분석 결과, 두 화합물은 극성의 비중심대칭 공간군 P21에서 결정화되며, 시소형 [SbOF3] 다면체가 양쪽성 유기 리간드와 수 소결합을 형성하는 구조를 가진다. Sb3+의 고립전자쌍은 b축을 따라 정렬되어 뚜 렷한 거시적 분극을 유도한다. 이러한 구조적 특성은 비선형 광학(NLO) 성능을 크게 향상시킨다. 실제로 두 화합물 모두 KH2PO4 (KDP) 대비 약 2.6배 높은 제 2고조파(SHG) 발생 효율을 보였다. 또한 4.19 eV의 넓은 광학 밴드갭과 적절한 복굴절 값(Δn = 0.184@546.1nm)을 나타내어 위상 일치 응용 가능성을 시사한다. 이 외에도 열중량분석(TGA), 원편광 이색성분석(CD), 광발광분석(PL), 전자구조 계산 등에 대한 결과에 대해 논의하고자 한다. 본 연구는 Sb3+ 기반 키랄 하이브 리드 소재의 구조-물성 상관관계를 규명하며, 차세대 고성능 비선형 광학 소재로 서의 가능성을 강조한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, two novel chiral noncentrosymmetric (NCS) hybrid compounds, (R)-SbF₃(C₈H₉NO₃) [(R)-Sb] and (S)-SbF₃(C₈H₉NO₃) [(S)-Sb], were successfully synthesized via a slow evaporation method. The synthesis employed the stereochemically active lone pair cation Sb³⁺, highly electronegative F⁻ anions, and the chiral templating ligand 4- hydroxyphenylglycine. Single-crystal X-ray diffraction analysis revealed that both compounds crystallize in the polar NCS space group P2₁ (No. 4). In the crystal structures, seesaw-shaped [SbOF₃] polyhedra form hydrogen bonds with the zwitterionic organic ligands. The lone pairs of Sb³⁺ align along the b- axis, generating pronounced macroscopic polarity. These structural features significantly enhance the nonlinear optical (NLO) response. Both compounds exhibit second harmonic generation (SHG) efficiencies 2.6 times higher than that of KH₂PO₄ (KDP). Additionally, they show a wide optical band gap of 4.19 eV and suitable birefringence (Δn = 0.184@546.1 nm), indicating potential for phase-matching applications. This work elucidates the structure–property relationships in Sb³⁺-based chiral hybrid materials and highlights their potential as high-performance candidates for next-generation nonlinear optical applications.

목차 (Table of Contents)

• Contents 4
• List of Tables 6
• List of Figures 7
• 국문 초록 9
• Abstracts 10
• 1. Introduction 12
• 2. Experimental section 16
• 2.1. Materials 16
• 2.2. Synthesis 16
• 2.3. Measurements 16
• 3. Results and discussion 27
• 3.1. Structural Description 27
• 3.2. Infrared (IR) Spectroscopy 33
• 3.3. Thermogravimetric Analysis (TGA) 34
• 3.4. Ultraviolet-visible (UV-vis) Diffuse Reflectance Spectroscopy 36
• 3.5. Powder Second-haemonic Generation (SHG) Efficiency 37
• 3.6. Solid-state Circular Dichroism (CD) Spectroscopy 41
• 3.7. Photoluminescence (PL) Spectroscopy 42
• 3.8. Birefringence 44
• 3.9. Calculations 47
• 4. Conclusion 49
• 5. Reference 50