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氮原子簇的探索性研究

朱荣娇  
【摘要】: 近年来,随着C_(60)的发现,激起了越来越多的人们继续研究新型原子簇的热情,尤其是氮原子簇。一方面是由于它分解时可以释放出大量的热量,平均1mol N_x分解可以产生210x kJ的热量。另一方面,由于它爆炸时只分解出氮气,产物清洁,有开发为新型绿色高能密度材料的潜在应用价值。本文综述了高能密度材料的发展历史、性能特征以及应用前景,并总结了人们在实验和理论两方面关于N_4到N_(60)的各种可能稳定存在的氮原子簇的研究成果。研究表明,它们分解时都可以产生大量的热量,都是潜在的高能密度材料。 本文探索了氨气在氢气还原气氛下的合成条件。实验发现在1:8的氨气、氢气比例下,最容易产生氮原子簇,且产物中的含氮量最高,为45.372﹪。实验还发现所得产物可以两种不同的形态存在:一种为晶体,层间距约为0.28 nm;另一种为圆球状非晶体,无规则分布,直径约为30 nm。 在液相电解法中,以铜为电极,电解氨水和双氧水的混合溶液,反应6小时后,可以检测到产物中可能含有氮原子簇N_(20)的信号。6小时后,电流明显减小,产物中已无氮原子簇的信号。这表明电解时间不易过长,否则可能造成产物的分解,当电流明显减小时,应及时停止电解。 在常规条件下,利用化学合成法,对NCl_3和N_3C_4H_9的反应产物进行了初步检测,结果发现氮原子簇N_(10)可能存在。


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