北京大学王前课题组：迄今最稳定三电荷负离子现身

【成果简介】

记者20日从北京大学物理系王前教授处获悉，著名期刊应用化学杂志以封面文章形式刊登了以王前为通讯作者、其博士生赵天山为第一作者的重要论文：他们利用全新方法，发现了迄今最稳定的三电荷负离子结构。应用化学杂志称，这一研究将跻身最重大化学研究成果行列，未来将在电池、空气净化等多个领域展示无穷的应用潜力。

【图文导读】

图1 拉曼和IR模拟光谱、电荷分布、能量图

a）几何，b）AIMD模拟作为温度和总能量波动的函数

c）拉曼和IR模拟光谱

d）NBO电荷分布

e）能量图和边界轨道 

图2 模拟拉曼和红外光谱、电荷分布

a）优化几何

b）NBO电荷分布

c）模拟拉曼和红外光谱

【研究内容】

负离子是离子化合物的重要组成部分，能与正离子结合形成晶体；在溶液中也会稳定存在，但在气相环境下很难保持稳定。比如三电荷负离子内，带负电的电子比带正电的质子多三个，这种数量不平衡使得其非常不稳定，在气态条件下多余电子很容易与其他电子发生静电排斥反应。

新研究中，王前带领团队利用量子力学统计原理，创建了全新的计算机模型，并证明由元素硼与铍等组成的三电荷负离子，能在2.65电子伏特的冲击下保持稳定。王前表示，他们将八电子规则和硼烷结构电子计数规则等化学原理结合，为设计其他三电荷负离子提供了全新思路。

三电荷负离子将在许多工业领域“大展拳脚”。目前最有前景的，是用其研制铝离子电池，将铝与三电荷负离子结合，这些负离子可以在电极间移动，从而为电池充电。铝电池比现有锂电池更具优势，如铝在自然界含量比锂更丰富，成本会更低；铝的化学活性更低，能反复充电更多次。

此外，这类负离子还能用来合成各种盐类化合物；用来生产地板清洁剂以及杀菌用的强氧化剂；能像抗抑郁药百忧解一样改善人的情绪；甚至能用于市值数十亿美元的空气净化行业。

原文链接：http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/201792514125995744867.shtm

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

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