High‐Energy Nitrogen Rings Stabilized by Superatomic Properties

材料科学 氮气 能量(信号处理) 化学工程 工程物理 纳米技术 有机化学 化学 统计 数学 工程类
作者
Zhen Gong,Rui Wang,Famin Yu,Chenxi Wan,Xinrui Yang,Zhigang Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (32)
标识
DOI:10.1002/aenm.202303446
摘要

Abstract How to stabilize nitrogen‐rich high‐energy‐density molecules under conventional conditions is particularly important for the energy storage and conversion of such systems and has attracted extensive attention. In this work, the theoretical study shows for the first time that the stabilization mechanism of the nitrogen ring conforms to the superatomic properties at the atomic level. This result occurs because the stabilized anionic nitrogen rings generally exhibit planar high symmetry and the injected electrons occupy the superatomic molecular orbitals (SAMOs) of the nitrogen rings. According to these results, the typical stabilized anionic nitrogen ring structures N 6 4− , N 5 − , and N 4 2− are identified, which possess delocalized molecular orbitals with the same symmetry as the atomic orbitals and electron arrangement consistent with the electron shell arrangement of the atom. On this basis, a pathway is further designed to stabilize nitrogen rings by introducing metal atoms as electron donors to form neutral ThN 6 , LiN 5 , and MgN 4 structures, thereby replacing the anionization of systems. This study highlights the importance of developing nitrogen‐rich energetic materials from the perspective of superatoms.
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