Исследование устойчивости и энергетических характеристик протяженных азотных нанотрубок в рамках теории функционала плотности

К.С. Гришаков, К.П. Катин ORCID logo , М.А. Гимальдинова ORCID logo , М.М. Маслов показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 08 июня 2019; Исправлена: 18 июня 2019; Принята: 18 июня 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: К.С. Гришаков , К.П. Катин , М.А. Гимальдинова, М.М. Маслов. Исследование устойчивости и энергетических характеристик протяженных азотных нанотрубок в рамках теории функционала плотности. Письма о материалах. 2019. Т.9. №3. С.366-369
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-3-366-369

Аннотация

We have discovered new stable forms of singe bonded nitrogen structures based on zigzag nanotubes of small diameters. These structures can be used as a basis for new high energy density materials.В рамках теории функционала плотности с обменно-корреляционным функционалом B3LYP и электронным базисом 6-31G(d) исследованы структурные, энергетические и электронные свойства, а также устойчивость протяженных кресельных и зигзагообразных азотных нанотрубок длиной ≈ 3 нм. Изучено влияние концов нанотрубок на их устойчивость: рассматривались как закрытые полусферическими окончаниями концы, так и открытые трубки, пассивированные атомами водорода и гидроксильными группами. Согласно проведенным расчетам, исходные азотные нанотрубки с открытыми и непассивированными концами — нестабильны. Как закрытые, так и пассивированные концы обеспечивают термодинамическую устойчивость только для (3, 0) и (4, 0) зигзагообразных азотных нанотрубок. Рассчитанные частотные спектры этих двух трубок подтверждают их динамическую устойчивость. Подчеркнем, что указанные протяженные нанотрубки устойчивы при нормальных условиях, т. е. при отсутствии внешних факторов, таких как давление, пространственное ограничение и т. д. Рассчитанные энергетические щели для стабильных протяженных систем составляют около 4 эВ, поэтому их можно отнести к классу изоляторов. Показано, что азотные нанотрубки способны накапливать большое количество энергии и могут использоваться в качестве основы для новых материалов с высокой плотностью энергии. Мы ожидаем, что азотные нанотрубки с указанными хиральностями устойчивы и при больших эффективных длинах.

Ссылки (40)

1. P. C. Samartzis, A. M. Wodtke. Int. Rev. in Phys. Chem. 25 (4), 527 (2006). Crossref
2. C. Mailhiot, L. H. Yang, A. K. McMahan. Physical Review B. 46 (22), 14419 (1992). Crossref
3. M. I. Eremets, A. G. Gavriliuk, N. R. Serebryanaya, I. A. Trojan, D. A. Dzivenko, R. Boehler, H. K. Mao, R. J. Hemley. The Journal of Chemical Physics. 121 (22), 11296 (2004). Crossref
4. M. M. G. Alemany, J. L. Martins. Phys. Rev. B. 68, 024110 (2003). Crossref
5. W. D. Mattson, D. Sanchez-Portal, S. Chiesa, R. M. Martin. Phys. Rev. Lett. 93, 125501 (2004). Crossref
6. F. Zahariev, A. Hu, J. Hooper, F. Zhang, T. Woo. Phys. Rev. B. 72, 214108 (2005). Crossref
7. A. R. Oganov, C. W. Glass. J. Chem. Phys. 124, 244704 (2006). Crossref
8. F. Zahariev, J. Hooper, S. Alavi, F. Zhang, T. K. Woo. Phys. Rev. B. 75, 140101 (R) (2007). Crossref
9. J. Kotakoski, K. Albe. Phys. Rev. B. 77, 144109 (2008). Crossref
10. Y. Ma, A. R. Oganov, Z. Li, Y. Xie, J. Kotakoski. Physical Review Letters. 102, 065501 (2009). Crossref
11. J. Sun, M. Martinez-Canales, D. D. Klug, C. J. Pickard, R. J. Needs. Physical Review Letters. 111, 175502 (2013). Crossref
12. A. A. Adeleke, M. J. Greschner, A. Majumdar, B. Wan, H. Liu, Z. Li, H. Gou, Y. Yao. Physical Review B. 96, 224104 (2017). Crossref
13. S. V. Bondarchuk, B. Minaev. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 6698 (2017). Crossref
14. D. Tomasino, M. Kim, J. Smith, C.-S. Yoo. Physical Review Letters. 113, 205502 (2014). Crossref
15. T. M. Klapotke. New Nitrogen-Rich High Explosives. In: High Energy Density Materials. Structure and Bonding. Vol. 125. Berlin, Springer-Verlag GmbH (2007). p. 85 - 121. Crossref
16. F. Cacase, G. Petris, A. Troiani. Science. 295, 480 (2002). Crossref
17. S. Ajith Perera, R. J. Bartlett. Chem. Phys. Lett. 314, 381 (1999). Crossref
18. W. J. Lauderdale, J. F. Stanton, R. J. Bartlett. J. Phys. Chem. 96, 1173 (1992). Crossref
19. A. Vij, J. Pavlovich, W. Wilson, V. Vij, K. Christe. Angew. Chem. Int. Ed. 41, 3051 (2002). <3051::AID-ANIE3051>3.0.CO;2-T. Crossref
20. A. Vij, W. W. Wilson, V. Vij, F. S. Tham, J. A. Sheehy. J. Am. Chem. Soc. 123, 6308 (2001). Crossref
21. K. Christe, W. Wilson, J. Sheehy, J. Boatz. Angew. Chem. Int. Ed. 38, 2004 (1999). <2004::AID-ANIE2004>3.0.CO;2-7. Crossref
22. M. Schmidt, M. Gordon, J. Boatz. Int. J. Quantum Chem. 76, 434 (2000). <434::AID-QUA12>3.0.CO;2-W. Crossref
23. S. Fau, K. J. Wilson, R. J. Bartlett. J. Phys. Chem. A. 106, 4639 (2002). Crossref
24. L. J. Wang, P. G. Mezey, M. Z. Zgierski. Chemical Physics Letters. 391 (4-6), 338 (2004). Crossref
25. C. Chen, S.-F. Shyu. International Journal of Quantum Chemistry. 73 (4), 349 (1999). <349::aid-qua4>3.0.co;2-j. Crossref
26. M. N. Glukhovtsev, H. Jiao, P. von R. Schleyer. Inorganic Chemistry. 35 (24), 7124 (1996). Crossref
27. T.-K. Ha, O. Suleimenov, M. T. Nguyen. Chemical Physics Letters. 315 (5-6), 327 (1999). Crossref
28. D. L. Strout. The Journal of Physical Chemistry A. 108 (13), 2555 (2004). Crossref
29. H. Zhou, N.-B. Wong, G. Zhou, A. Tian. The Journal of Physical Chemistry A. 110 (10), 3845 (2006). Crossref
30. M. R. Manaa. Chemical Physics Letters. 331 (2-4), 262 (2000). Crossref
31. H. Zhou, N.-B. Wong, G. Zhou, A. Tian. The Journal of Physical Chemistry A. 110 (23), 7441 (2006). Crossref
32. H. Zhou, N.-B. Wong, A. Tian. Journal of Molecular Graphics and Modelling. 25 (4), 578 (2006). Crossref
33. L. Y. Bruney, T. M. Bledson, D. L. Strout. Inorganic Chemistry. 42 (24), 8117 (2003). Crossref
34. P. Slepička, T. Hubáček, Z. Kolská, S. Trostová, N. Slepičková Kasálková, L. Bačáková, V. Švorčík. The Properties and Application of Carbon Nanostructures, In: Polymer Science. IntechOpen (2013). Crossref
35. I. S. Ufimtsev, T. J. Martínez. J. Chem. Theory Comput. 5, 2619 (2009). Crossref
36. A. V. Titov, I. S. Ufimtsev, N. Luehr, T. J. Martínez, J. Chem. Theory Comput. 9, 213 (2013). Crossref
37. J. Kästner, J. M. Carr, T. W. Keal, W. Thiel, A. Wander, P. Sherwood. J. Phys. Chem. A. 113, 11856 (2009). Crossref
38. T. P. M. Goumans, C. R. A. Catlow, W. A. Brown, J. Kästner, P. Sherwood. Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 5431 (2009). Crossref
39. C. Lee, W. Yang, R. G. Parr. Phys. Rev. B. 37, 785 (1988). Crossref
40. A. D. Becke. J. Chem. Phys. 98, 5648 (1993). Crossref

Финансирование на английском языке