北京大學王前課題組：迄今最穩定三電荷負離子現身

【成果簡介】

記者20日從北京大學物理系王前教授處獲悉，著名期刊應用化學雜志以封面文章形式刊登了以王前為通訊作者、其博士生趙天山為第一作者的重要論文：他們利用全新方法，發現了迄今最穩定的三電荷負離子結構。應用化學雜志稱，這一研究將躋身最重大化學研究成果行列，未來將在電池、空氣凈化等多個領域展示無窮的應用潛力。

【圖文導讀】

圖1 拉曼和IR模擬光譜、電荷分布、能量圖

a）幾何，b）AIMD模擬作為溫度和總能量波動的函數

c）拉曼和IR模擬光譜

d）NBO電荷分布

e）能量圖和邊界軌道?

圖2 模擬拉曼和紅外光譜、電荷分布

a）優化幾何

b）NBO電荷分布

c）模擬拉曼和紅外光譜

【研究內容】

負離子是離子化合物的重要組成部分，能與正離子結合形成晶體；在溶液中也會穩定存在，但在氣相環境下很難保持穩定。比如三電荷負離子內，帶負電的電子比帶正電的質子多三個，這種數量不平衡使得其非常不穩定，在氣態條件下多余電子很容易與其他電子發生靜電排斥反應。

新研究中，王前帶領團隊利用量子力學統計原理，創建了全新的計算機模型，并證明由元素硼與鈹等組成的三電荷負離子，能在2.65電子伏特的沖擊下保持穩定。王前表示，他們將八電子規則和硼烷結構電子計數規則等化學原理結合，為設計其他三電荷負離子提供了全新思路。

三電荷負離子將在許多工業領域“大展拳腳”。目前最有前景的，是用其研制鋁離子電池，將鋁與三電荷負離子結合，這些負離子可以在電極間移動，從而為電池充電。鋁電池比現有鋰電池更具優勢，如鋁在自然界含量比鋰更豐富，成本會更低；鋁的化學活性更低，能反復充電更多次。

此外，這類負離子還能用來合成各種鹽類化合物；用來生產地板清潔劑以及殺菌用的強氧化劑；能像抗抑郁藥百憂解一樣改善人的情緒；甚至能用于市值數十億美元的空氣凈化行業。

原文鏈接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/201792514125995744867.shtm

文獻鏈接：Colossal Stability of Gas-Phase Trianions: Super-Pnictogens（Angew. Chem. Int. Ed.,2017,DOI:10.1002/ange.201708386）

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