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第一部分 基本理论1

第1章 概述1

1.1高能量密度材料的研究意义1

1.2高能量密度材料的研究现状3

1.2.1高能量密度材料的发展现状3

1.2.2高能量密度材料的技术基础现状7

1.2.3高能量密度材料的研究开发现状8

1.3高能量密度材料的应用14

1.3.1可利用HEDM提高弹药对目标的毁伤效率14

1.3.2高能量密度材料在CMDB推进剂中的应用17

1.3.3高能量密度材料分子设计17

1.4能量密度材料的发展热点20

1.4.1多硝基氮杂环化合物21

1.4.2多硝基多环笼形化合物24

1.4.3氮杂环原子簇化合物25

1.4.4纯氮原子簇化合物31

1.4.5氮杂原子簇的富氮化合物32

1.5本书的研究方向和热点问题37

1.5.1热力学稳定性的研究37

1.5.2动力学稳定性的研究38

1.5.3自然键轨道分析38

1.5.4芳香性与稳定性关系的研究39

第2章 理论原理与计算方法43

2.1分子轨道的自洽场方程44

2.2密度泛函理论46

2.3基函数选择49

2.4势能面50

2.5自然键轨道51

2.6化合物的芳香性52

2.7实施方案和结果分析53

2.7.1分子几何结构优化和过渡态（TS）的寻找53

2.7.2振动频率的计算和分析54

2.7.3电荷密度分布与布居数分析54

2.7.4自然键轨道分析56

2.7.5芳香性的分析56

第二部分 纯氮化合物59

第3章 五元环对氮原子簇稳定性的影响59

3.1引言59

3.2从头算和密度泛函理论方法60

3.3系列五元环氮原子簇的结构与稳定性60

3.3.1 N15原子簇的几何结构和能量60

3.3.2 Nn同系物稳定性的比较67

3.3.3结论71

第4章N6势能面的理论研究73

4.1引言73

4.2计算方法75

4.3系列六元环氮原子簇的结构与稳定性75

4.3.1 N6异构体75

4.3.2异构化反应及其过渡态77

4.3.3构型2→3异构化反应的速率常数78

4.3.4分解反应及其过渡态78

第5章N7原子簇结构和动力学稳定性研究83

5.1引言83

5.2计算方法84

5.3系列N7原子簇的结构与稳定性84

5.3.1 N7原子簇稳定异构体84

5.3.2异构化和分解反应及其过渡态89

第6章N±7原子簇分解机理的理论研究94

6.1引言94

6.2计算方法94

6.3系列N±7原子簇的结构与稳定性95

6.3.1阳离子N+7的分解机理97

6.3.2阴离子N-7的分解机理99

第7章N11原子簇的理论研究102

7.1引言102

7.2计算方法102

7.3系列N11原子簇的结构与稳定性103

7.3.1 N+11原子簇104

7.3.2 N-11原子簇106

第8章N12原子簇势能面的理论研究110

8.1引言110

8.2计算方法110

8.3系列N12原子簇的结构与稳定性111

8.3.1 N12异构体111

8.3.2 N12异构体的分解途径115

第9章N±15原子簇结构和动力学稳定性的研究124

9.1引言124

9.2计算方法125

9.3系列N+15原子簇的结构与稳定性125

9.3.1 N+15原子簇的几何结构和能量125

9.3.2 N+15原子簇分解反应的过渡态和反应势垒128

9.4系列N-15原子簇的结构与稳定性137

9.4.1 N-15原子簇的几何结构和能量137

9.4.2 N-15原子簇分解反应的过渡态和反应势垒140

第三部分 富氮化合物147

第10章[N3X]+（X=O、S、Se、Te）体系的理论研究147

10.1引言147

10.2计算方法148

10.3[N3X]+（X=O、S、Se、Te）体系的结构与稳定性149

10.3.1 [N3X]+离子的几何结构和能量149

10.3.2 N12分解和异构化反应的过渡态和分解势垒152

10.3.3分解途径156

10.3.4异构化途径157

第11章 二元叠氮化合物M（N3）n（n=3-4）的密度泛函理论研究160

11.1引言160

11.2计算方法161

11.3二元叠氮化合物M（N3）n（n=3-4）的结构与稳定性161

11.3.1二元叠氮化合物M（N3）4的几何结构161

11.3.2二元叠氮化合物M（N3）3的几何构型164

11.3.3二元叠氮化合物M（N3）3和M（N3）4的自然键）轨道分析166

第12章 富氮化合物BeN4的理论研究172

12.1引言172

12.2计算方法173

12.3富氮化合物BeN4的结构与稳定性173

第13章 MN5（M=Li、Na、K、Rb）动力学稳定性的研究183

13.1引言183

13.2计算方法183

13.3富氮化合物MN5（M=Li、Na、K、Rb）的结构与）稳定性188

13.3.1阳离子N+7的分解机理LiN5的结构和）动力学稳定性188

13.3.2 NaN5和KN5的结构和动力学稳定性190

13.3.3 RbN5的结构和动力学稳定性192

13.3.4分解反应MN5-B→MN3+N2的速率常数193

第14章 系列五唑化合物An（N5）6-n（A=B、Al、Si、P、S，）n=1-3）的密度泛函理论研究197

14.1引言197

14.2计算方法198

14.3系列五唑化合物的结构与稳定性198

14.3.1 An（N5）6-n（A=B、Al、Si、P、S，n=1-3）的）几何结构198

14.3.2稳定性202

14.3.3五唑化合物An（N5）6-n的自然键轨道分析205

第15章 潜在的高能化合物H2N5M1～2N5H2）（M=Be、Mg、Ca、Zn和Cd）208

15.1引言208

15.2计算方法209

15.3系列H2N5M1～2N5H2化合物的结构与性能209

第16章 潜在的高能密度材料-纳米线原子簇Fen（N4）2-n+1（n=1-6）220

16.1引言220

16.2计算方法221

16.3纳米线原子簇的结构与稳定性222

16.3.1确定系列Fen（N4）2-Fen（N4）n+1化合物的稳定构型222

16.3.2稳定性222

16.3.3自然键轨道（NBO）分析227

第17章 富氮化合物的芳香性研究230

17.1平面交替四元环N2X2（X=O、S、Se和Te）的芳香）性与稳定性的关系230

17.1.1系列N2 X2化合物的几何构型和稳定性232

17.1.2系列N2 X2化合物的芳香性235

17.1.3系列N2X2分子的π电子数满足“4n+2”规则235

17.1.4轨道电荷分析237

17.2 M2N4（M=Li、Na、K、Rb、Cs）中N24-芳香性的研究239

17.2.1 M2N4复合物的几何结构和动力学稳定性243

17.2.2 N2-4环在M2N4复合物中的芳香性247

17.3平面N6环的芳香性化合物ScN-6、VN+6、Ca2N6和SCN6Cu252

17.3.1 ScN-6、VN+6、Ca2N6和ScN6Cu化合物的几何构型253

17.3.2 ScN-6、VN+6、Ca2N6和ScN6Cu化合物中的芳香性特征256