金属杂氮团簇FeN^(+)_(n)、CoN^(+)_(n)和NiN^(+)_(n)的生成及光解

为了制备新型高氮含量的原子簇材料,分别将金属铁、钴和镍粉末与氮化硼制成的底物,经波长532nm激光溅射生成了杂氮团簇FeN^(+)_(n)、CoN^(+)_(n)和NiN^(+)_(n),并采用波长266nm激光进行了光解。结果表明,不同底物生成的金属杂氮团簇具有不同特点:3种金属杂氮团簇最高含氮原子数分别为8、12和8;铁杂氮团簇有2种偶数氮原子团簇,其中FeN^(+)_(8)离子峰强度较高;钴杂氮团簇有4种偶数氮原子团簇,团簇离子峰相对强度从6到8随氮原子数增加而提高、从8到12随氮原子数增加而降低,其中CoN^(+)_(8)离子峰强度最高;镍杂氮团簇有2种偶数氮原子团簇NiN+6和NiN^(+)_(8),其离子峰相对强度随氮原子数增加而增高;FeN^(+)_(8)、CoN^(+)_(8)和NiN^(+)_(8)光解通道分别为1个、1个和2个,对应的光解产物分别为Fe^(+)、Co^(+)及Ni^(+)和NiN^(+)_(2)。

铬杂氮团簇CrN+n的生成及光解

将铬/氮化硼(Cr/BN)混合粉末经压片机制成直径为13mm、厚度为2~5mm的底物,然后在反射式飞行时间质谱仪上,以高纯氮气为载气,用激光轰击Cr/BN底物,生成了铬杂氮团簇CrN_n^+(n=2、4、6、8),得到其质谱图。用波长为266nm的激光对CrN_6^+和CrN_8^+进行了光解,获得其光解质谱图,探讨了铬杂氮团簇的组成。结果表明,生成的铬杂氮团簇中最稳定的团簇为CrN_8^+,这些团簇的组成依次相差2个氮原子,推测生成的铬杂氮团簇CrN+8由Cr^+和N_2构成。

高氮含量钠杂氮团簇的生成与检测

为了将NaN3及NaN3分别与BN、ZrN、Ti混合粉末(摩尔比1∶1)经压片机制成直径为13mm、厚度为2~5mm的底物,使用高纯氮气为反应气体和载气,采用液氮冷却离子源,经激光溅射生成了钠杂氮团簇NaNn+(n=2、4、5、6、7、8、9、10、11、12),采用反射式飞行时间质谱仪检测并获得了其质谱图。结果表明,不同底物生成的钠杂氮团簇具有不同特点,激光溅射NaN3和NaN3/BN混合物分别生成了4种钠杂氮团簇NaN+n(n=2、4、6、8),但是其离子峰相对强度随氮原子数变化的趋势不同;激光溅射NaN3生成的钠杂氮团簇离子峰相对强度随氮原子数从2到6逐渐增高,到8时降低,而激光溅射NaN3和NaN3/BN混合物生成的钠杂氮团簇离子峰的相对强度随氮原子数增加单调下降;激光溅射NaN3/ZrN混合物生成了不同于NaN3和NaN3/BN混合物的钠杂氮团簇NaN+10和NaN4(H2O)+,最大氮原子数达到10。其中以NaN3/TiN混合样品为底物生成的钠杂氮团簇NaNn+种类最多、含氮量最高,氮原子数最多的团簇为NaN12+,NaN12+的含氮质量百分数达到约88%。

高氮含量锂氮团簇的生成与检测

为发现高氮含量锂氮团簇并分析影响其形成的因素,以氮气为载气,用纳秒激光分别溅射作为底物的LiF以及LiF与ZrN、BN、AlN的混合物,并用自制的反射式飞行时间质谱研究了生成的氮团簇。结果表明,用激光溅射LiF底物,生成了锂氮簇LiN+n(n=2、4、6、8);用激光溅射LiF/ZrN、LiF/BN和LiF/AlN底物,生成了锂氮簇LiN_n^+(n=2、4、6、8、10);载气参与了锂氮团簇的形成反应,且向底物中引入固态氮源物质有助于高氮含量锂氮簇的形成;实验中发现的该系列锂氮簇都含有偶数个氮原子,且依次相差两个氮原子,其中LiN_8^+的相对丰度最高,LiN_(10)^+的含氮质量分数高达95.2%,有望从高氮含量的锂氮团簇中发现具有高能量密度的亚稳态团簇材料或其前体材料。

一种适用于原子团簇的多体展开新方案:以氮团簇为例

多体展开方法虽然已经广泛地用于估算弱相互作用体系的能量,但是其并不适用于计算共价团簇和金属团簇的能量.本文提出了一种适用于计算共价体系能量的相互作用多体展开(IMBE)方法.在相互作用多体展开方法中,体系的能量表示为孤立原子的能量及该原子与其他周围原子间相互作用的和.首先将该方法应用于计算氮团簇的能量,且多体展开截断至四体项.结果表明:与传统的多体展开方法相比,相互作用多体展开方法可以显著地降低能量误差.另外,以密度泛函理论计算结果为参考,相互作用多体展开方法估算能量的误差不依赖于体系的大小和结构,说明相互作用多体展开方法比较适合用于估算共价相互作用大体系的能量.

激光溅射法生成金属掺杂氮团簇CuN_n^+、ZnN_n^+和ScN_n^+

以高纯氮气为载气,通过激光分别轰击Cu/BN、Zn/BN和Sc/BN压制成的样品,首次生成了相应团簇CuN_n^+、ZnN_n^+和ScN_n^+,得到了团簇的质谱图,确定了CuN_n^+、ZnN_n^+和ScN_n^+团簇中最稳定的组成分别为CuN_4^+、ZnN_6^+和ScN_(12)^+。

激光溅射法生成碱金属杂氮原子团簇NaN_(n)^(+)和KN_(n)^(+)

以高纯氮气为载气和反应物,分别通过激光轰击NaF、NaCl、KF和KCl压制成的样品,生成了相应团簇NaN_(n)^(+)和KN+n,得到了团簇质谱图。其中,发现了钠杂氮团簇NaN_(2)^(+)、NaN_(4)^(+)、NaN_(5)^(+)、NaN_(6)^(+)、NaN_(8)^(+)、NaN_(9)^(+)、NaN_(10)^(+)、NaN_(12)^(+)和钾杂氮团簇KN_(2)^(+)、KN_(4)^(+)、KN_(6)^(+)、KN_(8)^(+)。质谱分析表明,氮原子数为奇数的钠和钾杂氮原子团簇不容易生成,而氮原子数为偶数的钠杂氮原子团簇和钾杂氮原子团簇较容易生成,其离子峰的相对强度随氮原子数增加而降低。

碳氮二元簇离子的激光产生与碰撞诱导解离研究

以脉冲激光束在高真空中溅射铁氰化钾,产生了各种组成的碳氮原子簇负离子,记录了它们的飞行时间质谱.根据这些簇离子的碰撞诱导解离研究结果,推测了它们的结构,发现它们大都具有超共轭的稳定体系,它们的构型随成簇氮原子数的增加,从一维直链向二维芳环转化.

载能团簇直接诱发硅单晶转变成纳米晶结构

用扫描探针显微镜(SPM)观察了能量76keV、剂量1.7×10cm-2的N团簇离子注入Si(111)单晶表面的形貌。发现在此条件下,注入层已直接转化成具有一定粒度分布的纳米晶结构,并测量了形成晶粒的尺度及分布。用红外吸收实验检测了该实样的光学特性。实验表明,该试样对频带很宽的红外光产生了很强的均匀吸收,在红外光区,其透光度均保持在10%左右,表明其注入层已形成一种品质优良的吸光材料。

B_nC_mN_l(3≤n+m+l≤5)团簇结构和红外光谱研究

基于密度泛函B3LYP/6-311＋G（2df）理论,对BnCmNl（3≤n＋m＋l≤5）三元微团簇进行结构优化．计算表明硼碳氮三、四原子团簇BnCmNl（n＋m＋l=3、4）的基态为直线结构,分别为：BNC（C∞V,^1∑）、BBCN（C∞V,^2∑）、NCCB（C∞V,^3∑）、NCNB（C∞V, ^2∑）．五体团簇BC2N2（Cs,^1A）基态是折线构型,B3NC（Cs,^1A）、BCN3（C∞V,^3∑）为平面结构,而B2C2N（C∞V,^2∑）、B2CN2（C∞V,^2∑）C3BN（C∞V,^1∑）则采取直线排布．分析表明相对强键的形成主导团簇同分异构体的相对稳定性;与同原子数的富硼团簇分子比较,富碳氮团簇具有更大的稳定化能．在相同的理论水平上,预测了所有基态的红外频率和相应的振动强度．

氮铝簇合物的结构与稳定性

采用密度泛函理论 (DFT )中的B3LYP方法 ,以 6- 31G标准基组加一个极化函数 ,对(ClAlNH ) 10 和 (AlN) 10 簇合物分子的几何构型、电子结构和红外光谱进行了优化计算 ,并讨论了它们的化学键特征 .研究结果表明 ,(ClAlNH) 10 和 (AlN) 10 簇合物的基态稳定结构均具有C2h对称 ,不存在Al—Al和N—N键 ,因此Al—N键是惟一的键型 .

Al_mN和Al_mN^+(m=2～9)团簇结构与稳定性的量子化学研究

用密度泛函理论 (DFT)的B3LYP方法 ,在 6 3 11G 水平上对AlmN和AlmN+ (m =2～ 9)团簇的几何构型、电子结构、振动频率等性质进行了理论研究 ,给出了以Alm 团簇作为设计AlmN类结构的母体 ,考虑在不同位置上结合N原子的结构 ,可以较快找到AlmN类团簇基态结构的一种方法 .通过对基态结构的离解能和能量二次差分讨论 ,得到m为奇数的AlmN团簇比m为偶数的稳定 .对基态结构的绝热电离能讨论结果表明 ,只存在Al—N键的Al2 N和Al3 N团簇较稳定 .

B_nC_mN_(3-n-m)微团簇结构和红外光谱的DFT研究

基于密度泛函B3LYP/6-311+G(2df)理论,本文对BnCmNl(n+m+l≤3)团簇进行结构优化和简谐振动频率计算.结果表明,硼碳氮双体团簇BnCmNl(n+m+l=2)的基态分别为B2(3∑g),BC(4∑-),BN(3∑),C2(1∑g),CN(2∑),N2(1∑g),其键能遵循顺序:N-N>C-N>C-C>B-N>C-B>B-B;三体团簇BnCmNl(n+m+l=3)的基态中,B2C(C2v,1A1)、C2B(Cs,2A′)、N2B(C2v,2A1)采取环状结构,而BCN(C∞v,1∑)、B2N(D∞h,2∑u)、C2N(D∞h,2∏g)、CN2(D∞h,3∑g)则采取直线结构.分析表明相对强键和芳香环的形成是主导硼碳氮三体团簇同分异构体稳定性的决定因素.在相同的理论水平上,所有基态都给出预测的红外频率和相应的振动强度.

一个高密度连续射流团簇离子束源

根据在喷嘴出口附近用电子枪来电离产生离子种子，在射流中形成连续、高密度的团簇离子束的设计思想，建造了连续的团簇离子束源。探索并优化了影响团簇离子束质量的因素，如电子枪的位置、滤束器的结构、滤束器与喷嘴间的距离等。初步研究了进气配比对氮氩团簇离子形成的影响。以氩气作载体，适量的氮气，有于Ａｒ－Ｎ＋２的形成。

电子回旋共振等离子分解CH_4-NH_3制备C∶N团簇纤维的研究

电子回旋共振等离子分解ＣＨ４－ＮＨ３制备Ｃ∶Ｎ团簇纤维的研究张大忠孙官清刘仲阳陈剑王宣张海龙（原子核科学技术研究所）无论是晶态的Ｃ∶Ｎ膜或是非晶态的Ｃ∶Ｎ膜均有较高的硬度，耐腐耐磨，耐酸碱，无磁响应．其能隙宽度从零至几个ｅＶ，可作变能带材料，其用途可...

氮原子、分子与团簇离子注入Si(111)的特性研究

用椭偏仪、傅氏变换红外吸收谱 (FT IR)、X射线光电子能谱 (XPS)以及原子力显微镜 (AFM)对N+1 ,N+2 ,N+1 0 离子高剂量 (1 7× 10 1 7ions cm2 )注入Si(111)的表面进行测试分析 ,发现三种不同尺度的离子注入后 ,均使Si由复折射率变化为实折射率 ,表面出现含氮 硅键的介质层 .但其表面形貌各异 :N+1 注入的表面除存在少量点蚀坑外 ,光洁度最高 (平均粗糙度Ra≈ 4 2nm) ,接近未注入前的原始表面 (Ra≈ 3 5nm) ;N+2 注入的出现黑色枝状区域 ,光洁度次之 (Ra≈ 16nm) ,而N+1 0 注入的则出现“波纹”状结构 ,光洁度最差 (Ra ≈ 40nm) .与低能团簇注入相反 ,在高能条件下 ,随着离子尺度和注量增加 ,材料表面的粗糙度也越严重 .

TiN_(12)团簇的制备研究

以高纯氮气为载气,通过532nm的激光轰击由Ti、BN粉末混合压制成的样品,生成了钛氮团簇,确定了最稳定钛氮团簇的组成为TiN12。以四氟化钛和三甲基叠氮硅烷为原料,在液氮冷却下开展了钛氮团簇的化学法合成,对所得产物进行了IR、NMR表征,确定其结构为Ti(N3)4。用密度泛函理论(DFT)对TiN12的结构进行了优化,发现存在一种Ti(N3)4形式的具有对称的正四面体结构的稳定构型,这与化学法合成的TiN12的IR和NMR谱相符。不过,仍需进一步确定激光轰击法和化学合成法产生的TiN12是否具有相似的结构。