N8双质子化结构的理论设计与稳定性分析

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N_8双五圆环及其质子化的结构和稳定性研究

N_8双五圆环及其质子化的结构和稳定性研究富氮化合物所具有的高能量密度性质,在近些年一直都是化学家们的研究热点。

富氮化合物本身突出的特点是其具有大量的氮-氮单键和氮-氮双键,当形成三键时伴随着大量的能量释放,这种物质称为高能量密度物质（HEDM）。

根据它的这种性质,HEDM还可作为炸药、推进剂、燃气发生剂或者是顿感起爆药的组成成份,又因为其产物是N2,还具有环保的特点。

它的这些优点,使它在军事和民用领域都有十分广泛的应用。

在近几十年,富氮化合物曾先后被大量的文献所报道,这使得富氮高能密度材料（HEDMs）的实验合成和理论设计的化学意义变得非常重大。

众所周知,提到富氮高能量密度物质,首先需要考虑的一定是它的稳定性与生成热,由于其在合成或者分解的时候会有大量能量的释放而引起的高度不稳定性,这就使得富氮高能材料在研制过程会遇到很多的问题,同时会具有很高的危险性。

本文将利用理论计算的方法,对掺杂不同取代基（H,-CH3,-NH2,N3,CN）的N8双五圆环这一新兴的高能量密度化合物进行研究工作。

研究了N8双五圆环的结构和稳定性,以及在掺杂不同取代基后的几何结构与稳定性。

本文采用密度泛函方法（DFT）,对整个过程中的几何结构与分解势能曲面进行研究,确定其热力学以及动力学稳定性。

计算所得出的结果,可以作为理论参考,也可避免在实验过程中可能遇见的危险性。

当不同取代基（H,-CH3,-NH2,N3,CN）掺杂进N8双五圆环结构中时,分析各个异构体及其分解过渡态的势能曲面,确定他们的分解路径从而确定体系的动力学稳定性。

铜氨配离子结构与稳定性的理论研究

大学化学Univ. Chem. 2024, 39 (3), 384收稿：2023-09-19；录用：2023-11-15；网络发表：2023-11-21*通讯作者，Email:******************.cn基金资助：山东大学教育教学改革研究项目(2023Y105, 2022Y071)•师生笔谈• doi: 10.3866/PKU.DXHX202309065 铜氨配离子结构与稳定性的理论研究王旭洋1,2，张嘉沛1,2，赵立睿2，徐晓文1，邹桂征1，张斌1,*1山东大学化学与化工学院，济南 2501002山东大学泰山学堂，济南 250100摘要：铜(II)氨配离子是分析化学教学中配位平衡及配合物的分布特征部分较为经典的配离子之一。

现行教材大多只给出了部分铜氨配离子的稳定常数，也并未解释铜氨配离子配位数与稳定性之间的关系。

本文使用密度泛函理论，首先通过结构优化给出了铜氨配离子稳定性与配位数和结构的关系，而后进一步通过分析分子内部结构给出了一种回归结构本质的定性解释，既有助于改进教学效果，同时将理论计算应用于分析化学教学过程中，也可增加学生对理论计算的兴趣。

关键词：配位化合物；铜氨配离子；稳定常数；配位场理论；计算化学中图分类号：G64；O6Theoretical Study on the Structure and Stability of Copper-Ammonia Coordination IonsXuyang Wang 1,2, Jiapei Zhang 1,2, Lirui Zhao 2, Xiaowen Xu 1, Guizheng Zou 1, Bin Zhang 1,* 1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Shandong University, Jinan 250100, China.2 Taishan College, Shandong University, Jinan 250100, China.Abstract: The copper(II)-ammonia coordination ion represents a quintessential model for understanding the coordination equilibrium and distribution characteristics of coordination compounds in the teaching of analytical chemistry. Current textbooks, however, often limit their scope to providing stability constants for select copper-ammonia coordination ions, without delving into the correlation between their coordination numbers and stability. This study leverages density functional theory to firstly establish a connection between the stability of copper-ammonia coordination ions and their coordination numbers, achieved through structural optimization. Subsequently, it offers a qualitative interpretation by examining the molecule spatial configuration, shedding light on the fundamental nature of these structures. This research not only enhances the effectiveness of pedagogical approaches, but also cultivates students' interest in the application of the theoretical calculations within the realm of analytical chemistry.Key Words: Coordination compounds; Copper-ammonia coordination ions; Stability constants;Ligand field theory; Computational chemistry铜(II)氨配离子是分析化学教学中讲解配位平衡及配合物的分布特征部分时较为经典的配离子之一。

N_8双五圆环及其质子化的结构和稳定性研究

N_8双五圆环及其质子化的结构和稳定性研究富氮化合物所具有的高能量密度性质,在近些年一直都是化学家们的研究热点。

富氮化合物本身突出的特点是其具有大量的氮-氮单键和氮-氮双键,当形成三键时伴随着大量的能量释放,这种物质称为高能量密度物质（HEDM）。

根据它的这种性质,HEDM还可作为炸药、推进剂、燃气发生剂或者是顿感起爆药的组成成份,又因为其产物是N2,还具有环保的特点。

它的这些优点,使它在军事和民用领域都有十分广泛的应用。

在近几十年,富氮化合物曾先后被大量的文献所报道,这使得富氮高能密度材料（HEDMs）的实验合成和理论设计的化学意义变得非常重大。

研究了N8双五圆环的结构和稳定性,以及在掺杂不同取代基后的几何结构与稳定性。

本文采用密度泛函方法（DFT）,对整个过程中的几何结构与分解势能曲面进行研究,确定其热力学以及动力学稳定性。

计算所得出的结果,可以作为理论参考,也可避免在实验过程中可能遇见的危险性。

结构力学王焕定答案

结构力学王焕定答案引言结构力学是工程学中一门重要的学科，它研究各种结构的力学性能和稳定性。

在结构设计和分析中，结构力学的基本原理和方法是必不可少的工具。

在结构力学领域，王焕定教授被公认为权威人物，他的研究和贡献对于该领域的发展起到了重要的推动作用。

本文将以王焕定教授的研究成果为基础，回答一些常见的结构力学问题。

1. 王焕定教授简介王焕定教授是中国工程院院士，同济大学结构工程系的教授。

他的研究领域主要是结构力学和抗震工程。

他在结构优化设计、结构动力学和结构抗震性能等方面做出了杰出的贡献。

他的研究成果不仅在国内具有广泛的应用，也对同行在国际上产生了积极的影响。

2. 结构力学基本原理结构力学的基本原理是力学的基础。

在结构设计和分析中，掌握这些基本原理是非常重要的。

以下是一些结构力学的基本原理：2.1. 受力分析结构受力分析是结构力学的起点。

它通过力的平衡原理和受力分解的方法，确定结构在不同载荷下的受力状态。

在受力分析中，常常使用静力学和力矩平衡原理来解决受力问题。

2.2. 应变和应力应变和应力是结构物力学性能的重要指标。

应变表示物体在外力作用下相对变形程度的大小，而应力表示单位面积上的力的大小。

结构力学中常常关注材料的线弹性行为，通过应力应变关系分析材料的变形和破坏情况。

2.3. 刚度和变形刚度是结构物抵抗变形的能力。

结构在受到外力作用时，常常会发生变形。

刚度常常用杨氏模量和截面惯性矩等指标来表征，它是结构力学分析中十分重要的参数。

刚度与自由度的数量相关联，它可以对结构的强度和稳定性进行评估。

2.4. 稳定性和挠度稳定性和挠度是结构力学的重要概念。

结构在不同载荷作用下，可能会发生不稳定破坏现象。

稳定性分析能够判断结构在外力作用下的抗承载能力，而挠度分析能够评估结构的变形程度。

结构的稳定性和挠度分析是结构设计和评估的重要内容。

3. 结构力学问题的解答王焕定教授通过多年的研究和实践，积累了丰富的经验和知识。

极化子和双极化子在齐聚物中的稳定性

通过对产生能的比较可以看出，既然双极化子的产生能总是高于单极化子产生能的两倍，若在聚合物链中掺杂两个电荷应该形成两个分离的单极化子，实际并非这样，在聚合物链中掺杂两个电荷往往会形成双极化子稳定态而不是两个分离的单极化子。因为，在齐分子聚合物链中若形成两个单极化子，则体系的总能量除了极化子的产生能外，还存在两个单极化子之间的库仑作用能 Ec，Ec 在极化子和双极化子稳定性中起了决定作用。若聚合物链足够长，使得Ec 足够小，则形成稳定单极化子态是可能的。
但鉴于在实际情况中，合成长链聚合物是非常困难的，实际材料中只合成了纯度较高、链长较短的齐聚物。并且 AM1方法对于计算链长较短、分子量较低的齐聚物的结果比较好。
我们可以考虑两条平行链的情况［19］，两条平行链中掺杂两个电荷后可能会形成两种状态：（a）两个电荷聚集在同一条链上，形成一个双极化子；（b）两个电荷分布在不同链上，两条链上各形成一个单极化子。如图2所示。
（两个）单极化子产生能总是低于（一个）双极化子
产生能。即使当链距为 0.5nm 时，差值也是正的，这意味掺杂电荷倾向于进入不同的分子链，系
统形成单极化子的可能性要大于形成双极化子的
可能性，这与分子链本身的长度关系不大。当两条
链的间距为RE0.4nm，0.6nm 时，存在能量的转折点：链长很短或很长时，单极化子稳定；但链长在
Ec，它与链之间的距离（准确地说，与两个带电极化子之间的距离）R 有关，在链长较短（n ≤6）且两条链之间的距离相距较远（n ≥0.3nm）的情况下，可近似地认为两个电荷分别处在两条链的中
间，其库仑作用可近似看作：

zif8结构模型

zif8结构模型引言zif8（指的是Zeolitic imidazolate frameworks-8）是一种金属-有机骨架（MOF），具有大量的研究潜力和应用前景。

它是由金属离子与有机配体形成的多孔晶体结构。

在本文中，我们将深入探讨zif8结构模型的特征、制备方法、性质以及可能的应用领域。

特征基本结构zif8结构模型由金属离子（通常是锌）和氮杂环酮配体（通常是2-甲基咪唑）组成。

金属离子和配体通过配位键结合在一起，形成三维的多孔晶体结构。

这些结构中的孔隙可以吸附和储存气体、液体或其他分子。

孔隙结构zif8的孔隙结构具有高度的有序性和可调控性。

其孔径大小和形状可以通过选择不同的金属离子和配体来调节。

这些孔隙通常具有纳米级别的尺寸，并且具有高比表面积和吸附容量。

这使得zif8在气体分离、催化、储能等方面具有广泛应用的潜力。

热稳定性zif8具有较高的热稳定性，可以在较高的温度下保持其结构完整性和功能性。

这使得它在高温条件下的应用成为可能，例如催化反应或气体吸附与分离。

制备方法zif8的制备方法多种多样，以下为其中一种常用的方法：1.溶剂热法：将金属盐和有机配体在适当的溶剂中混合，并在一定的温度下加热搅拌一段时间。

最终得到zif8的晶体产物。

这种方法简单易行，适用于大规模合成。

性质气体吸附与分离能力由于zif8具有高度有序的孔隙结构和较大的比表面积，它显示出良好的气体吸附和分离能力。

不同孔隙结构的zif8对不同气体（如氢气、二氧化碳）具有特异性吸附能力。

这使得zif8在气体分离和储存领域具有巨大的潜力。

催化活性zif8的孔隙结构也使其具备催化反应的潜力。

孔隙结构可以作为催化剂的活性中心，提供大量的活性位点。

通过调节孔隙结构及金属离子的选择，可以优化催化反应的活性和选择性。

药物递送由于其孔隙结构和可调控性，zif8在药物递送领域也具有应用潜力。

药物可以通过被吸附在zif8孔隙内的方式进行包裹和保护，并且可以通过控制释放速率来实现药物的持续递送。

复合材料壳体结构的双稳态特性研究

A A/4 H
β θ h
1Байду номын сангаас
图2 面胞内部纱线空间走向
*
国家自然科学基金资助项目(编号：10072042)、教育部优秀青年教师资助计划项目。
中国力学学会学术大会 2005 ( CCTAM2005 ) 织角，β为表面编织角，A 为胞体宽度。编织成型后的三维四向编织复合材料，纤维束之间会发生接触挤压，在建立三维编织结构单元实体模型的过程中，作如下假设：1）经过挤压成型的编织复合材料的相邻纤维保持紧密接触，且截面面积保持不变；2)内部纤维的截面形状保持为六边形，表面纤维的截面形状保持为五边形（图 3）； 3)所有的纤维具有相同的特性。
30 40 50 60 70
Braiding Angle
0.2 10 20 30 40 50 60 70
图 4 计算结果及比较从图中可以看出，轴向弹性模量 Ez 在编织角为 50 度左右时有大约 50℅的差别，剪切模量和泊松比在某些角度范围内也有较大的差别。三维编织复合材料表面部分对整体弹性性能存在较大的影响，将表面和内部结合起来进行研究，将会更加精确地对三维编复合材料的弹性性能进行理论预测。关键词：复合材料，三维编织，几何模型，弹性性能
摘要三维编织复合材料是近年来迅速发展的新型结构材料，被称作第三代纤维增强复合材料，同二维编织复合材料相比，有许多突出的优点。已经受到工程界的普遍关注，在航空、航天等高科技领域得到了广泛的应用。前人已采用有限元的方法来研究三维编织复合材料的弹性力学性能，得到一些有价值的分析结果。这些分析研究都是从三维编织物的内部选取有代表性的胞体来代替整体进行计算，没有考虑表面部分对整体的影响。为了更好的对三维编复合材料的弹性性能进行理论预测，有必要从三维编织物的表面部分选取有代表性的表面胞体进行分析研究。三维编织复合材料的纱线空间结构是由编织过程决定的。在四步方型编织过程中，绽子携带纱线排成 m 行 n 列的方阵，附加绽子间隔排列在主体方阵的周围。绽子的运动过程分为四步： 1）不同列的绽子相对地运动一个绽子的位置； 2）不同行的绽子相对的运动一个绽子的位置； 3）图1 面胞纱线的顶面投影同第一步的运动方向相反； 4）同第二步的运动方向相反。以上四步构成了编织过程的一个循环，一个机器循环后所得预制件长度为一个编织花节长度 h。图 1 为所取的一个表面胞体内纱线的顶面投影，图 2 为表面胞体内部的纱线走向情况，实际的边界胞体中的纱线是由与内部胞体衔接的两段直线和一段螺旋线组成的，为了便于理论分析及有限元模型建立，对螺旋线部分的纱线用三段直线进行了近似的模拟。图中的θ为内部编

C_40_异构体的结构和稳定性的理论研究_刘桂霞

Vo l.24高等学校化学学报 No.1　2003年1月 CHEM IC AL J OU RN AL OF C HINE SE UN IV ERS ITIES 105～108　C40异构体的结构和稳定性的理论研究刘桂霞,张红星,孙家锺,唐敖庆(吉林大学理论化学研究所,理论化学计算国家重点实验室,长春130023)摘要　利用Gaussia n98程序,采用密度泛函(D FT)方法中的B3LY P,选用6-31G基组对富勒烯(Fulle rene)C40的6种异构体[D5d,T d,D2h,C3v,D2(Ⅰ),D2(Ⅱ)]进行了几何构型优化,其中,对于T d对称性的C40由于易发生Jahn-Teller畸变,则降低其对称性为D2d,再进行优化.对它们的平衡几何和电子结构进行了比较具体的分析,同时,根据计算得到的总能量推断出这6种异构体的稳定性顺序是D2(Ⅰ)>D5d>T d>C3v>D2h>D2(Ⅱ).关键词　C40;异构体;电子结构;稳定性中图分类号　O641.12 文献标识码　A 文章编号　0251-0790(2003)01-0105-041985年,Kroto等[1]在用激光轰击石墨的蒸气中发现了丰度最大的C60,1990年,Kra tschm er 等[2]发现C60和其它更大的富勒烯(fullerene)的常规量的制备方法.从此,在世界范围内出现了研究碳笼及其衍生物的热潮.然而,不论是实验还是理论研究,都主要针对C60和更大的碳笼,而对n较小的碳原子簇C n的研究则较少.对于n较小的碳原子簇C n,实验研究主要局限于激光蒸气化[3]、质谱[4]和电子光谱技术[5].研究发现,n较小的碳原子簇是线性的链或环状结构,C20是可能存在的最小富勒烯.在低温条件下,C24是可能稳定存在的最小富勒烯,在高温条件下,C32是可能稳定存在的最小富勒烯[6].在理论研究方面,人们曾先后用半经验、分子力学、休克尔分子轨道理论(EHMO)、Hartree-Fock(HF)和紧键哈密顿近似(tig ht-binding H amilto n)等方法对n较小的碳原子簇进行了一定的理论研究[7～13].C40是较小的碳原子簇之一,具有12个五元环和10个六元环.人们提出C40可能有满足D5d,D2d, T d,D4h,D2h和C3v等对称性的结构[8～10,14,15],Ma nolo poulos等[16]用环螺旋算法(ring-spiral algo rithm)预测C40可能有40种异构体(互为对映体的为一种),其中,C40(T d)与C28(T d)有相似结构.C40的研究将对于理解其它的碳原子簇有一定的作用.然而,对于C40的理论研究是比较有限的,且计算方法较低级,至今,计算方法高于B3LYP/3-21G的理论研究[13]尚未见报道.本文采用密度泛函(DFT)方法中的B3LYP和6-31G基组对C40的6种异构体:D5d,T d,D2h,C3v, D2(Ⅰ),D2(Ⅱ)进行几何构型优化,以得到它们的电子结构、HOMO和LU MO能量及总能量,并根据计算出来的总能量判断这6种异构体的稳定性顺序.1　计算方法所有的几何构型优化都是利用Gaussian98程序,选用密度泛函(DFT)的B3LYP方法的6-31G 基组,在SGI/origin200服务器上完成的.对于T d对称性的C40,由于是开壳层电子结构,易发生Jahn-Teller畸变[17],因此降低其对称性为D2d,再对其进行优化.本文以D2d(T d)表示这种对称性的C40异构体.另外5种对称性的C40异构体经优化后对称性都没有改变.2　结果与讨论C40的D5d,D2d(T d),D2h,C3v,D2(Ⅰ)和D2(Ⅱ)对称性的异构体经优化后的结构示于图1.表1收稿日期:2001-12-03.基金项目:国家自然科学基金(批准号:29892168,20073014)资助.联系人简介:刘桂霞(1974年出生),女,博士,从事理论化学计算研究.E-mail:liu-guixia@soh 给出了这几种异构体优化后的键长.Fig .1　The optimized structures of C 40isomers [D 5d ,D 2d (T d ),D 2h ,C 3v ,D 2(Ⅰ)and D 2(Ⅱ)]Table 1　The bond lengths (nm )of C 40isomers [D 5d ,D 2d (T d ),D 2h ,C 3v ,D 2(Ⅰ)and D 2(Ⅱ)]Bond D 5d D 2d (T d )D 2h C 3v D 2(Ⅰ)D 2(Ⅱ)C —C 0.14790.14450.15430.14550.14810.1376C —C 0.14140.14360.14040.14350.14230.1498C —C 0.14600.14470.14700.14800.14010.1515C —C0.13730.14060.14500.14210.15080.1463C —C 0.15050.15010.13870.14810.14560.1507C —C 0.14790.14720.14500.14710.1429C —C 0.14530.14950.13960.13820.1438C —C 0.14040.14500.14680.15040.1505C —C 0.13660.14460.14400.1442C —C 0.15130.14370.14290.1434C —C 0.14820.14140.1396C —C 0.14500.14360.1471C —C 0.14480.14630.1437C —C 0.15030.1416C —C 0.13740.1480C —C0.14970.1484 本文优化的D 5d 结构是在分子中上下各有1个与5个六元环相连的五元环,上下两部分有10个五元环相连.D 5d 对称性的C 40的两个中心五边形是规则的正五边形.其电子态为1A 1g .它有3种不同的碳原子和5种不同的键长,其键长范围是0.137～0.151nm ,与Xiao 等[8]采用HF /STO-3G 方法计算的结果非常接近.HOM O-LUMO 能隙为 2.2394eV.T d 对称性的C 40和已被深入研究过的C 28(T d )一样,具有5A 2开壳层基态,存在4个未成对电子,形成4个非常活泼的悬吊链.T d 对称性的C 40由于受Jahn-Teller 畸变的影响,优化过程中对称性易下降.本文中优化的D 2d (T d )结构是C 40(T d )的初始对称结构,有6种不同的碳原子和8种不同的键长,电子态为5B 1,HOM O -LUMO 能隙在C 40的这6种异构体中最大,为2.5497eV .D 2h ,C 3v ,D 2(Ⅰ)和D 2(Ⅱ)对称性的C 40的电子态分别为1A g ,1A 1,1A 和1A .HOMO-LUMO 能隙分别为 1.2136,106 高等学校化学学报V ol.240.6095,2.0788和0.8870eV .C 40的6种异构体的总能量E t ,E HO MO ,E LUMO 和(E LUM O -E HOMO )能隙列于表2.Table 2　The total energies (E t ),E HOMO ,E LUM O and the HOMO -LUMO gap (E LUM O -E HOM O )of dif ferent C 40isomers *Symmetry E HOMO /a.u.E LUM O /a.u.(E EL UM O -E H OM O )/eVE t /a.u.D 5d -0.2262(E 2g )-0.1439(E 1g ) 2.2394-1523.2982D 2d (T d )-0.2073(B 2)-0.1136(A 1) 2.5497-1523.2338D 2h -0.2214(B 3g )-0.1768(B 1g ) 1.2136-1523.1478C 3v -0.1944(A 2)-0.1720(E )0.6095-1523.1948D 2(Ⅰ)-0.2201(B 2)-0.1437(B 3) 2.0788-1523.3160D 2(Ⅱ)-0.1821(B 1)-0.1495(B 3)0.8870-1523.0273 *The orbital lis ted in parenth es es is HOM O or LUM O. 通常认为,分子体系的总能量E t 和前线分子轨道能量差ΔE 都是表征分子稳定性的量子化学参数[18].并且,在富勒烯的具有闭壳层电子结构的异构体中,通常会认为HOMO -LUM O 间隙大的异构体是稳定的异构体,HOMO -LUM O 间隙小的异构体是不稳定的异构体,然而,HOM O -LUM O 间隙对于预测富勒烯的稳定性不一定是成功的.例如,实验上已检测到间隙小的C 78(C 2v )和C 78(D 3)[19,20],但却没有检测到HOMO-LUM O 间隙最大的C 78(D 3h )[21,22].由C 40异构体的总能量(表2),可推断这6种结构的稳定性顺序由大到小依次为D 2(Ⅰ)>D 5d >D 2d (T d )>C 3v >D 2h >D 2(Ⅱ),其中D 2(Ⅰ)结构最稳定,而并非对称性较高的D 5d 结构,最不稳定的是D 2(Ⅱ)结构.从表2可知,HOM O -LUMO 能隙并非按这一稳定性顺序依次减小.闭壳层结构中,HOM O-LU MO 间隙最大的D 5d (2.2394eV )结构不是最稳定的,而HOM O-LUMO 间隙最小的C 3v (0.6095eV )结构也不是最不稳定的.这进一步证明了HOMO -LUM O 间隙对于预测富勒烯的稳定性是不可靠的.1985年,B a um[23]提出了五元环分离规则(isola ted-pentago n rule),即在富勒烯的异构体中,五元环完全被六元环所隔开的异构体是稳定的异构体,有2个五元环共边的异构体是次稳定的,有3个五元环共用顶点的异构体最不稳定.据此可判别异构体的稳定性.用B3LYP 方法计算得到的C 40异构体稳定性顺序可用推广的“五元环分离规则”(即:五元环尽可能远离的结构更稳定)进行很好的解释.本文研究的6种C 40异构体中,D 2(Ⅰ)对称性的异构体五元环分离最远,有两组6个五元环依次相邻的结构,所以最稳定.D 5d 对称性的异构体中有10个五元环是依次相邻的,较D 2(Ⅰ)结构不稳定.而D 2d (T d ),C 3v ,D 2h 和D 2(Ⅱ)结构中都有C 10分子碎片(即3个五元环共用一个顶点的情形).所以较D 2(Ⅰ)和D 5d 结构都不稳定.其中,D 2d (T d )结构有4个相隔的C10分子碎片,C 3v 结构中的C10分子碎片的3个五元环又分别与1个五元环共边,其余6个五元环依次相邻,因此,D 2d (T d )结构比C 3v 结构更稳定.D 2h 对称性的异构体有两组2个C10分子碎片相连的结构,所以稳定性不及C 3v 对称性的异构体.对D 2(Ⅱ)结构,有两组彼此相连的五元环,每组中有4个3个五元环共用的顶点,所以是最不稳定的.用B3LY P/6-31G 方法优化C 40异构体,进而得到的异构体稳定性顺序与Zhang 等[11]提出的D 2(Ⅰ)对称性的C 40异构体最稳定和Salcedo 等[10]用HF/3-21G 方法计算得到的D 5d >D 2d >D 2h 的稳定性顺序完全一致.参　考　文　献[1]　Kroto H .W .,Heath J .R .,O ′Brien S .C .et al ..Nature [J ],1985,318:162—163[2]　Kra tschmer W .,Lam b L .D .,Fos tiropoulos K .et al ..Nature [J ],1990,347:354—358[3]　Hunter J .M.,Fye J .L.,J ar rold M. 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N8双质子化结构的理论设计与稳定性分析作者：张影张国华王丽萍
来源：《中国科技纵横》2013年第01期
【摘要】本文利用高斯软件和密度泛函（DFT-B3LYP）系统研究了双五元环N8分子氢质子化结构的几何参数和振动频率，通过振动频率分析确定基态结构。

再通过对各个分子势能曲面的研究确定分解与异构通道，从而确定得出各异构体的动力学稳定性，结果显示双质子化能够增强N8分子的稳定性。

【关键词】N8分子双质子化势能曲面稳定性
（1）通过对双五原子环N8进行双质子化得到四种异构体，其几何参数及相对能如图1，总能量以及相对能量列于表1。

双五原子环N8H22+有四种异构体（如图1），N-N键的键长介于1.27-1.36之间。

说明N-N键都介于单键和双键之间，具有较大的能量。

其中A结构为能量最低态，其他异构体的能量分别比他高10.2、20.6和26.8kcal/mol。

由此可知，四种异构体中热力学稳定性的关系为
A>B>C>D。

（2）N8H22+的异构体的动力学稳定性。

对四种异构体分别进行势能曲面的研究找到其分解路径，所涉及的各物质的对称性、总能量及相对能分别列于表2。

N8H22+-A有两种分解路径，分别对应两个过渡态A-TS1和A-TS2。

分解势垒分别为40.9和58.6kcal/mol。

由此可知，A结构的动力学稳定性很高，在实验室中合成后不易分解，较为稳定。

N8H22+-B有三种分解路径，分别对应三个过渡态B-TS1、B-TS2和B-TS3。

分解势垒分别为22.1、1.4和35.0kcal/mol。

由此可知，B结构的动力学稳定性很低（最低分解势垒仅为1.4kcal/mol），在实验室中合成后易分解，不稳定。

N8H22+-C有两种分解路径，分别对应两个过渡态C-TS1和C-TS2。

分解势垒分别为1.0和21.1kcal/mol。

由此可知，C结构的动力学稳定性更低（最低分解势垒仅为1.0kcal/mol），在实验室中合成后极易分解，非常不稳定。

N8H22+-D有三种分解路径，分别对应三个过渡态D-TS1、D-TS2和D-TS3。

分解势垒分别为14.5、5.4和11.8kcal/mol。

由此可知，D结构的动力学稳定性也很低（最低分解势垒仅为
5.4kcal/mol），在实验室中合成后易分解，不稳定。

参考文献：
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