聚合氮是新型的高能密度材料，其含能密度是傳統含能材料（如TNT）的5倍。通過壓縮氮氣得到聚合氮，合成壓力較高，且高壓合成的聚合氮樣品在常壓下難以保存，無法滿足大規模材料制備需求。為了降低聚合氮合成壓力并增強其穩定性，引入其它元素形成化合物被認為是一種有效方法。相關研究已經在金屬-氮體系中發現了豐富的聚合氮形式，如N₅環、N鏈等，其物理機制是通過氮接收電荷來形成穩定的聚合氮基團。但是氮原子通過失去電荷形成聚合氮卻十分罕見。為了全面了解電荷轉移效應，研究團隊提出引入電負性較強的F原子，探索新型帶正電聚合氮的物質存在形式。 

　　該工作采用遺傳算法結合第一性原理計算研究了N-F體系在壓力下的新組分、結構及性質，發現了兩種聚合氮化合物NF和N₆F，其中氮原子分別形成1D鏈和3D網狀結構。NF化合物的能量密度為5.38 kJ/g和15.60 kJ/cm³，高出TNT的數值（4.3 kJ/g和7.05 kJ/cm³），是目前已報道二元共價含氮化合物中能量密度最高的材料。NF化合物中N和F原子形成共價鍵，是穩定其結構框架的關鍵。而N₆F化合物中N和F則形成離子鍵，N原子向F原子轉移電荷，3D聚合氮網格帶正電，為合成新型聚合氮提供了依據。 

　　計算物理與量子材料研究部張潔副研究員為論文的第一作者，王賢龍研究員和曾雉研究員為論文的通訊作者。該團隊在高能密度氮材料體系中做了系列工作，前期已在Li₂N₂和KN₃化合物中預測了具有螺旋N鏈和N₆環特征的新型結構。 

　　該項工作得到了國家自然科學基金的支持，所有計算均在中科院超算中心合肥分中心完成。 

       文章鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.1c01181。