新型MONx(M=H,Li,Na,K;x=2-5)含能材料的高压设计及反应机制研究

High energy density materials as detonating agent and explosive materials are important materials for military and national defense industry. Due to the special properties of high energy density and environmental pollution-free, new nitrogen-containing high-energy materials have been the focus of research at home and abroad in recent years. In this project, MONx(M=H,Li,Na,K; X =2-5) system as the research object, the dangling bond between oxygen element, the first main group element and nitrogen is used to promote the formation of nitrogen chain, thereby reducing the synthetic pressure of polymerized nitrogen. (1) The CALYPSO variable-stoichiometry structure prediction module developed by the applicant was used to obtain a stable component of MONx and the stable structure. (2) Calculate the electronic structure of the system, energy band density, and charge transfer to explore the mechanism of the suspended bond on the formation of nitrogen chain. (3) Adopt Nudged elastic band transition state optimization method to study the synthesis path and the potential barrier of the system, and get the minimum reaction path to guide the experimental synthesis. This project will provide a theoretical foundation and new ideas for theoretical design and experimental synthesis of polymeric nitrogen.

高能量密度材料作为起爆剂和爆炸材料在军工和国防建设应用广泛。由于高能量密度和环保的特殊属性，新型含氮高能材料是近几年国内外研究重点。本项目拟选取MONx(M=H,Li,Na,K;x=2-5)体系为研究对象，利用氧元素以及第一主族元素与氮之间的悬挂键促进氮链形成，进而降低聚合氮的合成压力。（1）利用申请人基于CALYPSO开发的变组分结构预测模块得到MONx的稳定组分以及各组分的稳定结构。（2）研究体系的电子结构，能带态密度，以及电荷转移探索悬挂键对氮链形成的作用机制。（3）采用Nudged elastic band过渡态优化方法研究体系的合成路径和势垒，得到最低反应路径指导实验合成。本项目将为聚合氮的理论设计和实验合成提供理论基础和合成思路。

高能量密度材料作为起爆剂和爆炸材料在军工和国防建设应用广泛。由于高能量密度和环保的特殊属性，新型含氮高能材料是近几年国内外研究重点。高压是一个有效的工具，高压可以为研究新型含能材料提供新的维度，因此高压下相变机制研究非常重要。项目基于全局优化算法的CALYPSO结构搜索方法，发展了固体-固体相变的反应路径预测新方法，并编制了固体-固体相变的反应路径搜索程序，并以此解释了硅从面心立方结构到简单立方结构的低温动力学相变机制和锂高压下复杂结构相变中s-p电子转移的动力学过程，现程序已集成于CALYPSO软件包，并基于此研究了铯基钙钛矿在高压下的相变机制，项目研究了δ-CsSnI3由于Sn-Sn的金属键杂化导致空隙内自由电子增多，导致高度各向异性的电子结构和准一维金属性的机制。项目利用理论研究结合高压实验发现了CsPbI3从常压Pnma（δ）相到高压相的结构相变，并发现电子-电子相互作用增强，是形成费米液体输运行为的原因。