二阶非线性光学材料在光子器件中的应用具有重要的意义。一些化合物由于具有较大的第一超极化率而作为NLO材料得到了广泛地研究。金属碳硼烷是碳硼烷配体与过渡金属配位形成的一类化合物,因其高度离域的配体内有大量可极化电子,且容易发生配体与金属间的电荷转移,使得这类金属配合物在NLO材料方面具有潜在应用。近年来,随着分子基NLO材料研究的逐渐成熟,NLO分子开关在分子电光学新兴领域引起了极大关注。多态的NLO分子开关由于可以实现分子器件的多功能性和高效性成为该领域发展的必然要求。然而,多数研究体系存在物理性能差、响应速度慢、以及开关效应不显著等问题。理论计算研究,发现花生型金属碳硼烷化合物在氧化还原过程中具有显著的二阶NLO开关效应,但花生型金属碳硼烷的结构和电化学性质的单一性使其在多态NLO分子开关的研究中受到限制。因此,我们采用密度泛函理论（DFT）方法研究了结构多样、剪裁能力强、电化学性质丰富、热稳定性高的层状夹心金属碳硼烷的多态NLO分子开关效应。本文选取了一系列层状夹心金属碳硼烷配合物,对其NLO性质进行了计算和分析。得出如下结论:1.在本工作中,我们利用DFT方法研究了电化学行为诱导的层状夹心Co碳硼烷的二阶NLO性质和多态开关效应。计算的第一超极化率表明,NLO响应随着层数的增加而增强。根据TDDFT的计算结果发现,这类化合物的NLO响应主要是由C₂B₃配体内C到B的电荷转移和金属中心d→d跃迁引起的。经过两个连续的单电子氧化还原过程,β值有明显变化。因此,可以实现明显的多态NLO分子开关。并且,在混合价体系中,金属-金属相互作用通过价间电荷转移和整个金属-桥-金属的π→π*的跃迁,对大的NLO响应起着至关重要的作用。2.本工作中,我们研究了不同连接方式和有机基团的引入对链状夹心金属碳硼烷NLO响应的影响。采用CAM-B3LYP和ωB97XD两种泛函计算了体系的β_tot值,结果表明,当连接方式不同时,通过C-B相连的化合物的NLO系数要大于B-B相连。为了深入了解引起NLO响应不同的原因,我们采用ωB97XD方法计算了体系的电子光谱,发现不同的连接方式导致了不同的电荷转移类型和方向。将烷基-CH₂-CH₂-引入到了两个夹心金属碳硼烷之间,阻断了两个夹心金属碳硼烷单元之间长距离的电荷转移。引入共轭基团会重新引起两个夹心金属碳硼烷单元之间的电荷转移。