由超原子特性稳定的高能氮环

如何在常规条件下稳定富氮高能量密度分子，对于此类系统的能量存储与转换尤为重要，并已引起广泛关注。本工作中，我们的理论研究首次表明，氮环的稳定机制在原子层面上符合超原子特性。这一结果的出现是因为稳定的阴离子氮环通常呈现平面高对称性，且注入的电子占据氮环的超原子分子轨道（SAMOs）。根据这些结果，我们确定了典型的稳定阴离子氮环结构 N6^4-、N5^- 和 N4^2-，它们的超原子电子构型分别为 1S^2 1P^4 1D^4 1F^2 2S^2 1P^2 1F^2 1D^4 2P^4 1G^4 1F^4、1S^2 1P^4 1D^4 1P^2 2S^2 1F^4 1D^4 2P^4 和 1S^2 1P^4 1D^2 1P^2 1D^2 2S^2 2P^4 1D^4。在此基础上，我们进一步设计了一条通过引入金属原子作为电子供体以形成中性 ThN6、LiN5 和 MgN4 结构来稳定氮环的途径，从而替代系统的阴离子化。我们的研究从超原子视角凸显了开发富氮含能材料的重要性。