红外（IR）非线性光学材料（NLO）虽然在长距离激光通讯、红外对抗、光通讯及光电设备等领域得到了广泛应用，但是数量匮乏，不能满足日益增长的应用需求。目前只有三个商用材料，分别是AgGaS2（AGS）、AgGaSe2和ZnGeP2，其中AGS性能最优，品质因子最大；但该材料带隙较小（2.58 eV），激光损伤阈值低，器件寿命短。因此如何提升AGS的激光损伤阈值和综合性能是该领域的一个难点和热点，具有重要的科学意义和应用价值。
为提升AGS的带隙和激光损伤阈值，前人尝试通过等电荷，不含d电子的Li代替Ag，获得了LiGaS2化合物。的确LGS带隙明显比AGS大，且激光损伤阈值有大幅提升。然而，由于两者半径的差异，LiGaS2晶体结构从AGS的四方高对称性降低到了正交的低对称性结构，这使得LGS的二阶非线性系数大大降低（LGS-d36 = 5.8 pm V-1 vs AGS-d36 = 15.9 pm V-1）。
近日北京师范大学化学学院吴立明课题组、陈玲课题组尝试通过部分Li取代Ag的方案合成得到了一系列化合物LixAg1-xGaS2（0 < x <1.0），通过单晶数据的精确分析，他们发现Li掺杂化合物能在很大的组分范围内（0-0.6）保持AgGaS2四方晶体结构高对称性，这打破了长期以来的常规认识。对于保持高对称性结构中Li最大掺杂比例材料Li0.60Ag0.40GaS2的研究表明，该材料透过截止边能达到365 nm（比AGS的截止边缩短了180 nm）、大幅拓宽了AGS材料的应用波段范围；同时其激光损伤阈值得到大幅提升，达AGS的8.60倍。
进一步研究还意外地发现Li0.60Ag0.40GaS2体系倍频效应强度能达到AGS的1.10倍。通过深入结构分析和第一性原理研究表明，Li离子对Ag离子的取代一方面能优化费米能级周围的能带结构，增大了材料带隙；同时，Li原子的引入有效地降低了AGS结构中密堆积硫原子的失配度（最大降低了30%）。由于位错的不断减小使得LixAg1-xGaS2结构更接近高对称性的ZnS型结构。由于结构匹配度的提升，Li0.60Ag0.40GaS2中阴离子基团间协调性增强，最终导致化合物的二阶非线性光学系数增大。该研究首次实现商用非线性光学材料AGS材料二阶倍频系数和激光损伤阈值的同时增长，具有重要的意义，同时对其他相关材料体系的研发也有重要的启示作用。
该工作近期发表于Angewandte Chemie International Edition，并入选VIP文章。被审稿人高度赞扬为“I believe the work made a significant contribution to the improvement of IR NLO material field.”北京师范大学化学学院作为唯一单位。化学学院硕士生周慧敏为论文第一作者，化学学院博士生熊琳作为第二作者。
