在当前先进技术发展的时代，由于 5G 无线通信、大数据分析、人工智能（AI）、机器学习（ML）、云计算、自动驾驶汽车等新兴技术的推动，以及全球趋势导致对远程工作解决方案需求的增加，互联网数据流量出现了前所未有的增长 [1,2]。光电技术结合了光学、电子学和材料科学，正在革新微电子和集成电路技术。电光和光电转换以及全光网络的使用显著提高了通信效率 [[3], [4], [5]]。高性能有机和聚合物电光（EO）材料和器件对于将电信号编码到光域以应对未来通信系统和超快信号处理的需求具有重要意义 [[6], [7], [8], [9]]。在过去三十年中，非线性光学（NLO）材料，特别是有机和聚合物基材料，由于其相对于无机材料的优势（如成本更低、加工更简便、电光系数（r33 值更大）而受到了广泛关注 [[10], [11], [12]]。
有机电光（OEO）分子通常遵循供体-π-桥-受体结构。这类高性能发色团通常具有三级胺供体、苯基-四烯桥 [[13], [14], [15], [16]]，以及 2-二氰甲基-3-氰基-4,5,5-三甲基-2,5-二氢呋喃（TCF）或 2-二氰甲基-3-氰基-4-甲基-5-苯基-5-三氟甲基-2,5-二氢呋喃（CF3-Ph-TCF）受体 [[10,15,[17], [18], [19], [20]]。通过增强电子供体的强度、提高电子受体的能力，或通过延长共轭长度或改善供体和受体之间的轨道重叠来优化 π-桥，可以增强第一超极化率（β） [[20], [21], [22]]。另一方面，为了满足器件应用的严格要求，NLO 发色团必须具备高热稳定性和化学稳定性、显著的非线性、优异的透明度和易于合成等优点 [23,24]。实现高 EO 系数需要具有高分子第一超极化率的发色团的非中心对称排列。合理设计和合成具有高 β 值和强热稳定性的偶极 NLO 发色团仍然是关键挑战 [25]。本文主要关注这一挑战。
NLO 发色团表现出较强的基态偶极矩（μ），导致显著的分子间偶极-偶极相互作用。这些相互作用促使发色团反平行排列，减少了极化过程后保持正确方向的发色团数量，从而降低了分子超极化率转化为宏观 EO 活性的效率 [26,27]。为了缓解这一问题，我们在发色团主链中引入了大体积取代基团进行分子修饰，这种方法在 Dalton 的研究小组中已被证明是有效的 [28,29]。这种方法有助于空间隔离发色团并减少偶极-偶极相互作用。然而，这些大体积基团也会引入空间位阻，可能限制电场极化过程中发色团的旋转自由度和方向对准。这种空间位阻与发色团移动性之间的权衡阻碍了分子非线性向宏观 EO 活性的有效转化。分子优化需要在这些因素之间取得微妙的平衡，因为必须精细调节空间位阻和分子移动性。理想的发色团设计应同时实现两个关键功能：通过空间位阻有效减少偶极-偶极相互作用，同时在极化过程中允许足够的移动性以保持正确的方向。
先前的研究广泛比较了基于 julolidinyl 的供体与传统的二乙胺供体 [[30], [31], [32], [33], [34], [35], [36]]。这些研究表明，基于 julolidinyl 的发色团表现出显著更高的 EO 活性，这归因于它们增强的电子供体能力。Julolidinyl 供体的环状氨基苯结构促进了氮原子的 p-轨道与苯环之间的有效重叠，从而增强了电子供体作用 [37]。此外，富含电子的杂原子（如氧）进一步增强了 julolidinyl 供体的电子供体能力。在本研究中，我们专注于含有 julolidinyl 供体的发色团，并引入了位阻基团以最小化偶极-偶极相互作用，这些发色团的化学结构如图 1 所示。这种方法旨在提高极化效率并改善材料的 r33 值。具体来说，我们探索了两种不同的位阻基团与苯氧基桥的结合，以及广泛用于高 EO 系数发色团分子的 TCF 和 CF3-Ph-TCF。正是通过多样化的优化设计，这些发色团结构实现了简单且高产率的合成（无需复杂的桥接结构），电光系数高达 158 pm/V，同时具有优异的热稳定性和长期热对准稳定性。这些 EO 光学材料为实际应用提供了可能性，也为新型有机电光材料的设计提供了新的思路。
