高氮含量鈉雜氮團簇的生成與檢測

李陶琦，丁可偉,2，蘇海鵬，劉 影,2，劉紅利，張 敏，葛忠學,2

(1.西安近代化學研究所， 陜西 西安 710065；2.氟氮化工資源高效開發與利用國家重點實驗室，陜西 西安 710065)

引 言

氮團簇是近年來發展起來的新型綠色高能量密度材料候選物[1]，但是其穩定性差，難以制備。由于金屬極易和全氮基團通過配位、靜電等作用形成金屬雜氮團簇，在一定程度上能提高全氮基團的穩定性，因此金屬雜氮團簇以其豐富多樣的結構和相對較好的穩定性吸引了國內外研究人員的關注。

Knapp C等[2]合成了Bi(N3)2，Klap?tke T M等[3]合成了Se(N3)2，Villinger A等[4]合成了Te(N3)2，并用核磁進行了表征，用紅外或拉曼光譜進行了檢測和理論計算驗證。Gagliardi L等[5]通過理論計算研究了四疊氮化物形態的金屬雜氮團簇M(N3)4(M=Ti、Zr、Hf、Th)；Li Q S等[6]用密度泛函理論研究了三疊氮化物形態的金屬雜氮團簇M(N3)3(M=Sc、Y、La、Al、Ga、In、Tl)和四疊氮化物形態的M(N3)4(M=Ti、Zr、Hf、Ge、Sn、Pb)的結構及穩定性。

本研究分別以NaN3、NaN3/BN、NaN3/ZrN和NaN3/TiN為原料，采用激光濺射法，探索了堿金屬鈉雜氮團簇的生成，首次獲得了較豐富的團簇NaNn+(n=2、4、5、6、7、8、9、10、11、12)。

1 實 驗

1.1 試劑和儀器

疊氮化鈉、氮化硼、氮化鋯和氮化鈦，純度均為99.5%，上海麥克林生物試劑有限責任公司；氮氣，純度99.99%，西安衛光氣體有限公司。

反射式飛行時間質譜儀[8]，自制；Nd:YAG Surelite II-10激光器，美國Continuum 公司

1.2 激光濺射生成鈉雜氮團簇實驗過程

激光波長為532nm，激光脈沖能量約為10mJ，重復頻率為10Hz。高純氮氣為載氣，以輔助鈉雜氮團簇的生成，并冷卻激光濺射所產生的團簇。

2 結果與討論

2.1 激光濺射NaN3生成的鈉雜氮團簇

利用532 nm納秒激光濺射NaN3樣品生成的鈉雜氮團簇質譜圖如圖1所示。

圖1 激光濺射NaN3生成NaNn+的質譜圖

2.2 激光濺射NaN3/BN生成的鈉雜氮團簇

利用532nm的納秒激光濺射NaN3/BN生成的鈉雜氮團簇質譜如圖2所示。

圖2 激光濺射NaN3/BN生成的質譜圖

2.3 激光濺射NaN3/ZrN生成的鈉雜氮團簇

利用532nm的納秒激光濺射NaN3/ZrN生成的鈉雜氮團簇質譜圖如圖3所示。

圖3 激光轟擊NaN3/ZrN生成的質譜圖

2.4 激光濺射NaN3/Ti生成鈉雜氮團簇

利用532nm的納秒激光濺射NaN3/Ti固體樣品生成的鈉雜氮團簇質譜如圖4所示。

圖4 激光轟擊NaN3/TiN生成的質譜圖

2.5 鈉雜氮團簇的形成及特點

激光濺射NaN3生成的鈉雜氮團簇離子峰相對強度隨氮原子數從2到6逐漸增高，到8時降低，而激光濺射NaN3和NaN3/BN混合物生成的鈉雜氮團簇離子峰的相對強度隨氮原子數增加單調下降。

3 結 論

(2)激光濺射NaN3/TiN混合物生成的鈉雜氮團簇NaNn+中除了有偶數氮原子數團簇外，還有奇數氮原子數團簇，團簇種類最多、含氮量最高，氮原子數最多的團簇為NaN12+，NaN12+的含氮質量分數達到約88%。