DFT Insights Into the Cyclization Mechanism and Thermal Vacuum Degradation of Oligosilazoxanes

密度泛函理论 氢原子萃取 热稳定性 氢键 化学 化学物理 降级(电信) 热稳定性 材料科学 化学稳定性 化学键 计算化学 混合功能 机制(生物学) 热的 分子 反应机理 催化作用 氧气 热解 抽象 光化学 陶瓷 反应中间体 工作(物理) 热化学 活化能 分子开关 键能
作者
Yunqiao Ding,Yue Wang,Qiuhong Mou,Guangzhao Diao,Xingjian Wang,Jianbin Chen
出处
期刊:ChemistrySelect [Wiley]
卷期号:11 (15)
标识
DOI:10.1002/slct.202506313
摘要

ABSTRACT Silazoxanes are a class of compounds characterized by the simultaneous presence of Si─N and Si─O bonds within their molecular backbone. This unique hybrid structure confers tunable properties intermediate between silazanes and siloxanes, notably enhanced stability during pyrolysis. However, a persistent knowledge gap in establishing clear‐cut correlations between molecular architectures and pyrolysis pathways consistently poses a significant challenge to their broader application in advanced ceramic precursors and high‐performance polymeric materials. This study employs density functional theory to elucidate the cyclization mechanism of oligosilazoxanes, establishing fundamental relationships between thermostability and atomic‐level structural features. Cyclization in oligosilazoxanes proceeds through bond interchange and hydrogen abstraction mechanisms. Bond interchange manifests in three modes: Si─N bond interchange, Si─O bond interchange, and combined Si─N/Si─O bond interchange. The first two modes exhibit comparable activation energies, approximately 10 kcal/mol higher than the third mode. For trimethylsilyl‐terminated oligosilazoxanes, hydrogen abstraction via oxygen or nitrogen is thermodynamically unfavorable. This thermodynamic stability is the fundamental origin of the superior thermal stability observed in inertly terminated oligosilazoxanes relative to their oligosiloxane and oligosilazane analogs. The number of N atoms in the backbone modulates the HOMO–LUMO gap by adjusting the HOMO energy level, endowing oligosilazoxanes with superior chemical tunability.

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