潜在高能密度材料N8的分子设计和爆炸性质

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2016.06.014

东北大学学报:自然科学版 ›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (6): 824-827.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2016.06.014

潜在高能密度材料N₈的分子设计和爆炸性质

王晓琳¹，高媛²，姜维¹，赵晓雷³

(1. 北京理工大学化学学院，北京100081； 2. 北京农业职业学院，北京102442； 3. 河南理工大学物理化学学院，河南焦作454000)

收稿日期:2014-10-19 修回日期:2014-10-19 出版日期:2016-06-15 发布日期:2016-06-08
通讯作者: 王晓琳
作者简介:王晓琳(1980-)，女，辽宁本溪人，北京理工大学讲师，博士.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(20904007)；北京理工大学优秀青年教师资助计划项目(2011YR1918，2012YG1606)；北京理工大学基础研究基金资助项目(20111942016，20131942005)；河南省教育厅科学技术研究重点项目(13B150026).

Molecular Design and Explosive Properties of N₈ Isomers as Potential High Energy Density Materials

WANG Xiao-lin¹， GAO Yuan²， JIANG Wei¹， ZHAO Xiao-lei³

1. School of Chemistry， Beijing Institute of Technology， Beijing 100081， China; 2. Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing 102442， China; 3. School of Physics and Chemistry， Henan Polytechnic University， Jiaozuo 454000， China.

Received:2014-10-19 Revised:2014-10-19 Online:2016-06-15 Published:2016-06-08
Contact: WANG Xiao-lin
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摘要/Abstract

摘要： 设计了20种新颖的不同类型结构的N₈分子，分别采用三种高精度的量子化学计算方法优化并从中筛选出6种可稳定存在的分子构型，对其结构、电子及爆炸等性质进行了可靠的理论预测，给出结构参数、能量、密度、生成热及爆速和爆压等决定高能材料热稳定性和爆轰性能的重要信息.结果表明，N₈分子双五元环结构的张力最小、能量最低且HOMO-LUMO能级差最大，故热稳定性最好，且它与立方结构分别具有最小和最大的生成热.6种N₈分子的爆速和爆压的理论预测值均大于爆轰性能优越的黑索金和奥克托今，可以作为潜在的优秀环保型高能材料候选目标.

关键词: 高能密度材料, 量子化学, 热稳定性, 分子轨道, 爆速爆压

Abstract: Twenty novel N₈ molecular structures with different shapes of ring， cage， ladder and etc are designed. Three high-precision quantum chemistry methods are used to optimize these structures and six thermodynamic stable molecular configurations have been screened out from them. Then the reliable theoretical predictions of their structural， electronic and explosive properties are performed to obtain the optimal structural parameters， energy， density， heat of formation and detonation velocity and pressure. The results show that a planar double five-membered cyclic structure has the most thermal stability among the six N₈ isomers because it has the lowest molecular tension， the minimum total energy and the maximum HOMO-LUMO energy gap. Moreover， the double five-membered cyclic and cubic structures possess the minimum and maximum heat of formation， respectively. It is also found that the theoretical values of detonation velocity and pressure of these six N₈ molecules are greater than those of the hexogen and octogen， which are well-known explosives. Therefore， the six N₈ molecules can be considered as potential excellent pollution-free candidates for high energetic materials.

Key words: high energy density materials, quantum chemistry, thermal stability, molecular orbital； detonation velocity and pressure

中图分类号:

TJ55
O641.12

王晓琳，高媛，姜维，赵晓雷. 潜在高能密度材料N₈的分子设计和爆炸性质[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2016, 37(6): 824-827.

WANG Xiao-lin， GAO Yuan， JIANG Wei， ZHAO Xiao-lei. Molecular Design and Explosive Properties of N₈ Isomers as Potential High Energy Density Materials[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2016, 37(6): 824-827.

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Molecular Design and Explosive Properties of N₈ Isomers as Potential High Energy Density Materials

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