Азотні ланцюжка: міф чи реальність?

Інтерес до немолекулярному азоту не згасає. Дослідники сходяться на думці, що в разі успішного синтезу метастабільні азотні кластери та їх ансамблі здатні запасати енергії більше, ніж самі ефективні хімічні енергоносії. Крім того, на відміну від більшості сучасних енергетичних матеріалів вони, швидше за все, будуть безпечні для навколишнього середовища. Адже продуктом їх розкладання є молекули азоту.

На жаль, дієвих методик отримання чисто азотних систем поки що не розроблено, проте активно проводяться (іноді досить успішно) спроби синтезу їх похідних [1]. Важливу роль відіграє і комп’ютерне моделювання азотних наноструктур: воно полегшує пошук ефективних способів їх отримання і дозволяє заздалегідь визначати характеристики зразків. Так, в роботі [2] за допомогою теорії функціоналу густини автор пророкує існування стійких азотних ланцюжків (олігомерів), що містять від десяти до двадцяти чотирьох атомів. Всі розрахунки виконувалися в комерційній програмі Gaussian на рівні теорії B3LYP/6-31G*. Автор наводить дані для енергій зв’язку та геометрії олігомерів, а також результати визначення частотних спектрів і величин HOMO-LUMO щілин. Цікавою структурною особливістю азотних олігомерів є викривлення (“закручування”) довгих ланцюжків (див. рис.), на відміну від, наприклад, вуглецевих аналогів.

Оптимізовані “закручені” структури олігомерів
N24 (зверху) і N20 (знизу).

 

 

 

В роботі особливо відзначено, що такі ланцюжки повинні бути стійкі самі по собі без будь-яких екзотичних модифікацій, як-то впровадження їх всередину вуглецевої нанотрубки або розміщення між шарами графена. Розрахунок енерговиділення показав, що в результаті розпаду ланцюжка N24 на окремі молекули азоту виділяється енергія 2.01 ккал/г (при розпаді октогена виділяється 1.48 ккал/г). Однак, крім став звичним можливого застосування немолекулярного азоту як альтернативи сучасним високоенергетичних матеріалів, автор пропонує використовувати азотні олігомери в якості каталізаторів окислювально-відновних реакцій, що протікають на катодах паливних елементів.

 

 

1. D. Camp et al., J. Am. Chem. Soc. 134, 16188 (2012).

2. F. J. Owens, Chem. Phys Lett. 593, 20 (2014).

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *