高氮含量金屬摻雜氮原子簇的液氮冷卻-激光濺射生成研究

丁可偉，李陶琦，許洪光，卜建華，楊 斌，鄭衛軍，葛忠學

（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；3. 北京分子科學國家研究中心，中國科學院化學研究所，北京 100190）

1 引言

原子簇是幾個乃至上千個原子通過物理或化學結合力組成的相對穩定的微觀和亞微觀集體，是介于原子、分子與固體粒子之間的團簇分子，被稱為物質的第五態［1］。原子簇可分為兩大類，一類是主族原子簇，核心原子為主族元素如碳、硼；另一類是金屬原子簇。1985 年，Kroto 等［2］通過激光濺射石墨表面，在氣相中形成了C60，獲得了質譜信號，開啟了這一全新的研究領域。之后，各種不同的原子簇以及它們奇異的光、電、磁及化學反應特性相繼被發現，引起了材料科學、化學、凝聚態物理、原子分子物理學界的共同關注［3］。但目前發現的原子簇以穩態原子簇為主，對于亞穩態原子簇的實驗研究進展甚微。

亞穩態原子簇處于勢能面上的局域最小狀態，勢阱暫時將其穩定，一旦這種暫時的穩定狀態被打破，其便分解為穩定的小分子，并釋放出大量內能［4］。氮原子簇就是亞穩態原子簇，它主要由氮原子構成，氮原子間一般用弱的N—N（159 kJ·mol-1）或N═N（419 kJ·mol-1）連接，其穩定性較差，在一定條件下極易分解為具有極高鍵能的氮氣（946 kJ·mol-1）分子，從而釋放出大量鍵能差［5-6］，是新一代含能材料的典型代表［7］。近年的一些理論研究表明，氮骨架通過和金屬成鍵，能夠提高其穩定性［8］。通過摻雜合適的金屬原子，包括環狀N3［9］N4［10-12］，N5［8-9，13-14］，N6［15］和N7［16］在內的一些新的全氮結構單元都有可能被構建出來。……