硼酸盐具有多样的化学结构，其中B原子可以采用BO3和BO4两种配位方式，并形成一维链、二维层和三维网络结构，赋予硼酸盐丰富的晶体结构。因此，硼酸盐成为设计合成新型光学晶体材料的首选体系。根据阴离子基团理论，BO3平面基元具有不对称的电子云分布和π共轭轨道，从而具有较大的微观极化率。平行排列的BO3平面基元有利于材料获得良好的倍频效应和双折射性质，这两个参数直接影响材料的激光转换效率和倍频应用波段范围。
中国科学院新疆理化技术研究所的研究团队在设计合成新型紫外光学晶体材料方面进行了系统的探索研究，成功合成了一种具有新颖结构特点的硼酸盐Li6Zn3(BO3)4。该晶体结晶于三斜晶系P-1空间群，其中含有近平面排列的孤立BO3基团，使其具有相对较大的双折射率（0.065@1064 nm）。该结构中还首次报道了共面连接的LiO4四面体。研究人员还总结了近100种含锂硼酸盐化合物的晶体结构特性，分析了Li-O多面体特性和Li-O配位阴离子基团种类及其配位方式之间的关系。研究发现，共面连接的LiO4四面体情况非常罕见，这是由于Li-Li原子间存在较大的斥力所导致的。此外，科研人员还通过相关性能测试发现，Li6Zn3(BO3)4在温度290℃-360℃和650℃-770℃范围内有两个可逆相变，显示出潜在的相变材料特性。
相关研究成果已发表在《无机化学前沿》（Inorganic Chemistry Frontiers）上，并得到国家自然科学基金和自治区国际合作等项目的资助。
中科院新疆理化技术研究所的潘世烈团队在深紫外非线性光学晶体材料研究方面取得了突破。通过材料结构性能关系研究，他们建立了典型非线性光学晶体材料的结构数据库，并分析了硼酸盐晶体“深紫外透过-大倍频效应-较大双折射”性能之间相互制约的原因。基于材料模拟方法，他们提出了一种将BO4-xFx（x = 1, 2, 3）功能基团引入硼酸盐框架的设计策略，并成功筛选出一系列潜力巨大的含氟硼酸锂深紫外非线性光学晶体，以Li2B6O9F2为代表。相关研究成果以Very Important Paper (VIP)的形式发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并引起了美国新闻周刊Chemical & Engineering News的高度关注。
在此基础上，科研人员借鉴KBBF晶体的结构特征，进一步通过以(BO3F)4-替代(BeO3F)5-，成功设计合成了AB4O6F族（A = NH4+、K、 Rb、Cs）系列材料。这些材料的晶体结构由二维层状的[B4O6F]阴离子基团和填充的阳离子组成。阳离子对[B4O6F]阴离子基团的对称性和整体结构调控起着重要作用。理论和实验测试表明，这类材料具有非常短的紫外吸收边（<190 nm，最短可达155 nm），且粉末倍频效应为商业化KDP材料的0.8~3倍，适中的双折射能够满足深紫外相位匹配（最短匹配波长158nm）。与KBBF相比，AB4O6F族晶体的结构更加紧凑，层间作用力显著增强，从而消弱了层状生长习性。此外，这类材料不含剧毒的铍元素，倍频效应强于KBBF，可用于深紫外激光光源以获得更高的转换效率。AB4O6F族晶体材料综合性能优异，有望成为下一代深紫外非线性光学晶体。相关研究成果先后发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc.）和《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。
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