Crystalline LiN5Predicted from First-Principles as a Possible High-Energy Material

亚稳态 放热反应 氮气 高能材料 离子 分解 晶体结构预测 材料科学 化学物理 固体氮 晶体结构 化学 结晶学 有机化学 爆炸物
作者
Feng Peng,Yansun Yao,Hanyu Liu,Yanming Ma
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:6 (12): 2363-2366 被引量:171
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.5b00995
摘要

The search for stable polymeric nitrogen and polynitrogen compounds has attracted great attention due to their potential applications as high-energy-density materials. Here we report a theoretical prediction of an interesting LiN5 crystal through first-principles calculations and unbiased structure searching techniques. Theoretical calculations reveal that crystalline LiN5 is thermodynamically stable at pressures above 9.9 GPa, and remains metastable at ambient conditions. The metastability of LiN5 stems from the inherent stability of the N5(-) anions and strong anion-cation interactions. It is therefore possible to synthesize LiN5 by compressing solid LiN3 and N2 gas under high pressure and quench recover the product to ambient conditions. To the best of our knowledge, this is the first time that stable N5(-) anions are predicted in crystalline states. The weight ratio of nitrogen in LiN5 is nearly 91%, placing LiN5 as a promising high-energy material. The decomposition of LiN5 is expected to be highly exothermic, releasing an energy of approximately 2.72 kJ·g(-1). The present results open a new avenue to synthesize polynitrogen compounds and provide a key perspective toward the understanding of novel chemical bonding in nitrogen-rich compounds.
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