手性即分子与其镜像不能完全重合，二者互为对映异构体，类似于左右手的关系，是分子空间构型的一个重要属性。目前其概念已经不仅仅局限于分子，诸多微观粒子以及晶体材料都具有这一特性，手性已经成为一种广泛存在的现象。区别于顺反异构，一对对映异构体除光学活性外，溶解度、吸收光谱等理化性质是相同的。然而在一些特定的情况下，对映异构体并不占据相同的地位，如天然氨基酸通常都是L型，而糖类都是D型。在一些特定情况下须满足立体选择性的要求，如在药物设计中，大部分的药物都是单一手性的，对映异构体的有效识别和拆分就显得尤为重要。
东北师范大学化学学院徐红亮教授课题组将D型和L型丙氨酸(Ala)内掺杂到手性碳纳米管 (10, 5)和(5, 10)中，得到(D)-Ala@(10, 5)，(L)-Ala@(10, 5)，(D)-Ala@(5, 10)和(L)-Ala@(5, 10)四种组合构型，通过密度泛函理论计算，发现非对映异构的(D)-Ala@(10, 5)和(L)-Ala@(10, 5)的分子内相互作用势能差别微弱，吸收光谱以及常用于区分对映异构体的圆二色谱不足以对二者实现有效的区分。令人兴奋的是，其二阶非线性光学响应却出现约103 au的差值。排除丙氨酸位置的影响，该结果通过基态与激发态偶极矩的差值得以解释，体现了不同手性的组合方式对分子非线性光学性质的影响。进一步，我们改变了碳纳米管的长度和手性，发现无论是碳纳米管的增长还是手性改变为(11, 4)和(12, 3)，各组非对映异构体的吸收光谱和圆二色谱都高度重叠。当碳纳米管的长度从9.89 Å增加到13.68 Å时，非对映异构体的差值从1000 au减小到200 au。当纳米管手性改变时，二阶非线性光学响应的差值从103增大到104 au。因此管的长度和手性等因素可实现非对映异构分子非线性光学响应差值的缩放。
我们认为本工作发现了手性的匹配对于非线性光学性质调控的可能性。为手性分子的识别从理论计算的角度提供了新的思路，研究者希望在未来的工作中能以此为基础，对分子手性在基础理论以及潜在应用等方面进行更深入的探讨。相关论文在线发表在Carbon（DOI：10.1016/j.carbon.2021.07.047）上。
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