本文關(guān)鍵詞：鑭系元素疊氮基化合物合成設(shè)計與穩(wěn)定性研究

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【摘要】：高能富氮原子化合物的量密度和釋放過程的產(chǎn)物均為無害物質(zhì),這兩個特性無疑是令每位化學(xué)家以及能源學(xué)家感興趣的,這一研究熱點一直貫穿整個20世紀(jì)的后二十年。人們對這一系列化合物或團(tuán)簇的主要關(guān)注點是其有較多的氮-氮單鍵或雙鍵,N-N單鍵的鍵能為158 kJ/mol,雙鍵鍵能為418 kJ/mol,氮氣分子中原子是以三鍵形式結(jié)合,能量為945 kJ/mol。通過比較氮氣的鍵能大約是單鍵的6倍。在釋放出氮氣的過程中將會伴隨著巨大的能量。這一特性在實際上有極重要的應(yīng)用,即儲能和高爆。特別是在國防軍事上,這些化合物能夠增加武器彈藥的爆速和爆壓,應(yīng)用前景不可估量的。富氮高能量密度化合物在實驗室中能否被合成很大程度上依賴于其動力學(xué)穩(wěn)定性。本文采用密度泛函方法(DFT-B3LYP)利用量子化學(xué)計算的方法計算由稀土鑭系元素所形成的疊氮基化合物L(fēng)n N3以及其陰陽離子進(jìn)行系統(tǒng)研究,優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)顯示,所有鑭系元素單疊氮基化合物都具有線性結(jié)構(gòu),且Ln-N鍵長隨著原子序數(shù)的增大具有鋸齒形變化。對LnN3分解成Ln N和N2反應(yīng)的勢能面的研究找到了分解過渡態(tài),它們都具有較高的分解勢壘(高于30kcal/mol)特別是重稀土元素,甚至高于50kcal/mol,說明了這種化合物具有極高的穩(wěn)定性,在實驗中是就有可能合成的,具有成為高能量密度化合物的應(yīng)用價值。而LnN3的陰陽離子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)都與LnN3相似。在計算中發(fā)現(xiàn)無論是陰離子還是陽離子在B3LYP/Lanl2dz水平計算下,分解過程的勢壘很低。說明LnN3+和LnN3-這個結(jié)構(gòu)在這個分解路徑上的動力學(xué)穩(wěn)定性不穩(wěn)定,易分解。這點與Ln N3有所不同。與此同時對含有兩個疊氮基的化合物L(fēng)n(N3)2的穩(wěn)定態(tài)進(jìn)行了探索。以上研究結(jié)果為此類研究的開展提供有價值的參考。
【關(guān)鍵詞】：含能材料 疊氮基 稀土元素 密度泛函 量子化學(xué)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O641.1;TQ560.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 課題來源和研究的目的及意義10-11
• 1.1.1 課題來源10
• 1.1.2 課題研究的目的及意義10-11
• 1.2 鑭系元素疊氮基化合物簡介11-12
• 1.2.1 鑭系元素基本性質(zhì)11-12
• 1.2.2 疊氮基化合物研究概況12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 本課題的主要研究內(nèi)容和研究方案13-15
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容13-14
• 1.4.2 研究方案14-15
• 第2章 鑭系元素疊氮基化合物理論基礎(chǔ)和研究方法15-25
• 2.1 團(tuán)簇簡介15-17
• 2.1.1 團(tuán)簇的定義15
• 2.1.2 團(tuán)簇的主要性質(zhì)15-17
• 2.1.3 團(tuán)簇的研究意義17
• 2.2 理論基礎(chǔ)17-23
• 2.2.1 分子動力學(xué)理論17-18
• 2.2.2 電子結(jié)構(gòu)理論18
• 2.2.3 MPn微擾理論18-20
• 2.2.4 密度泛函方法20-22
• 2.2.5 勢能曲面22-23
• 2.3 Gaussian軟件包簡介及基組的選擇23-25
• 2.3.1 Gaussian軟件包簡介23
• 2.3.2 基組的選擇23-25
• 第3章 LnN_3結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性研究25-35
• 3.1 引言25
• 3.2 計算方法25-26
• 3.3 LnN_3(Ln=La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu)的幾何結(jié)構(gòu)26-29
• 3.4 合成和分解反應(yīng)路徑29-31
• 3.5 穩(wěn)定性以及生成熱31-34
• 3.6 本章小結(jié)34-35
• 第4章 結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性研究35-41
• 4.1 引言35
• 4.2 計算方法35
• 4.3 (Ln=La，Ce，Pr，Nd，Pm，，Sm，Eu)的幾何結(jié)構(gòu)35-38
• 4.4 合成和分解反應(yīng)路徑38
• 4.5 穩(wěn)定性以及生成熱38-39
• 4.6 本章小結(jié)39-41
• 第5章 Ln(N_3)_2結(jié)構(gòu)的探索與研究41-45
• 5.1 引言41
• 5.2 計算方法41
• 5.3 Ln(N_3)_2(Ln=La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu)的幾何結(jié)構(gòu)41-44
• 5.4 本章小結(jié)44-45
• 結(jié)論45-46
• 參考文獻(xiàn)46-50
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文50-51
• 致謝51

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1 陳云;鑭系元素疊氮基化合物合成設(shè)計與穩(wěn)定性研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2016年

本文編號：756995