N8雙質子化結構的理論設計與穩定性分析

張影 張國華 王麗萍

【摘要】本文利用高斯軟件和密度泛函（DFT-B3LYP）系統研究了雙五元環N8分子氫質子化結構的幾何參數和振動頻率，通過振動頻率分析確定基態結構。再通過對各個分子勢能曲面的研究確定分解與異構通道，從而確定得出各異構體的動力學穩定性，結果顯示雙質子化能夠增強N8分子的穩定性。

【關鍵詞】N8分子 雙質子化 勢能曲面 穩定性

（1）通過對雙五原子環N8進行雙質子化得到四種異構體，其幾何參數及相對能如圖1，總能量以及相對能量列于表1。

雙五原子環N8H22+有四種異構體（如圖1），N-N鍵的鍵長介于1.27-1.36之間。說明N-N鍵都介于單鍵和雙鍵之間，具有較大的能量。其中A結構為能量最低態，其他異構體的能量分別比他高10.2、20.6和26.8kcal/mol。由此可知，四種異構體中熱力學穩定性的關系為A>B>C>D。

（2）N8H22+的異構體的動力學穩定性。

對四種異構體分別進行勢能曲面的研究找到其分解路徑，所涉及的各物質的對稱性、總能量及相對能分別列于表2。

N8H22+-A有兩種分解路徑，分別對應兩個過渡態A-TS1和A-TS2。分解勢壘分別為40.9和58.6kcal/mol。由此可知，A結構的動力學穩定性很高，在實驗室中合成后不易分解，較為穩定。N8H22+-B有三種分解路徑，分別對應三個過渡態B-TS1、B-TS2和B-TS3。分解勢壘分別為22.1、1.4和35.0kcal/mol。由此可知，B結構的動力學穩定性很低（最低分解勢壘僅為1.4kcal/mol），在實驗室中合成后易分解，不穩定。N8H22+-C有兩種分解路徑，分別對應兩個過渡態C-TS1和C-TS2。分解勢壘分別為1.0和21.1kcal/mol。由此可知，C結構的動力學穩定性更低（最低分解勢壘僅為1.0kcal/mol），在實驗室中合成后極易分解，非常不穩定。N8H22+-D有三種分解路徑，分別對應三個過渡態D-TS1、D-TS2和D-TS3。分解勢壘分別為14.5、5.4和11.8kcal/mol。由此可知，D結構的動力學穩定性也很低（最低分解勢壘僅為5.4kcal/mol），在實驗室中合成后易分解，不穩定。

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