二茂镍的应用实例及其相关研究

二茂镍别名：双 (环戊二烯) 镍、镍茂，CAS：1271-28-9，深绿色/亮绿色带金属光泽晶体，不溶于水；溶于苯、乙醚、THF；在乙醇、丙酮中易分解。二茂镍属于茂金属夹心型配合物，稳定性远弱于二茂铁，二茂镍作为金属有机前驱体，可通过CVD制备镍薄膜；用作有机合成、炔烃聚合催化剂；也可作橡胶硫化促进剂。镍化合物具有致癌性，操作需无水无氧防护。

应用实例

以二茂铁和二茂镍为催化剂,采用化学气相沉积法在1000℃下,炭黑(CB)转变为炭纳米微球和碳管。利用XRD,SEM,TEM,HR-TEM和Raman等对样品进行表征。结果表明,二茂铁和二茂镍质量比不同,可得到形貌不同的纳米炭的结构。与单金属催化剂相比,采用双金属催化剂合成的纳米炭结构具有高结晶度。催化剂颗粒填充在碳管内部或包裹在碳管外部,主要取决于催化剂与炭黑的质量比。当炭黑：二茂铁：二茂镍为1：2：2时,得到结晶度高的催化剂包裹多壁纳米炭微球结构[1]。

针对HER催化剂电荷传输与反应传质协同优化等难题，本课题基于二茂镍固体源等离子体技术，利用肯达尔效应构建了镍掺杂的碳化钼中空纳米管。镍原子的引入不仅优化氢吸附吉布斯自由能，还赋予材料超亲水/水下超疏气的优异浸润特性，加速了电荷转移与气泡脱附过程。此外，其自支撑中空纳米管结构的界面接触电阻降低，所得催化剂在酸性与碱性介质中分别仅需122mV与93mV过电位即可驱动10mA/cm²的HER电流密度，并展现出优异的运行耐久性[2]。

相关研究

量子计算的一个核心问题是寻找可控的、相干的二能级体系来设计量子比特。磁性分子因其自旋、电荷、轨道、振动等自由度能够通过其分子结构和化学组分来调制，所以是量子比特的一个很有潜力的实现方案.利用第一性原理，我们研究了二茂镍(Ni(C5H5)2)分子作为量子比特的可行性.计算表明，二茂镍分子在无外加磁场时是一个S=1的二能级系统，因此可用其基态和激发态来编码量子位0和1,通过对其磁晶各项异能的计算，得到其基态和激发态的能级差为1.8meV(～0.44THz)，因此可用太赫兹波来对其量子态进行操控,进一步的计算表明，当二茂镍分子吸附在Ag(110)表面以及Ag的STM针尖时，依然可以很大程度保持这些性质。接着，我们模拟了两个二茂镍分子作为量子比特时的相互耦合，将一个二茂镍分子吸附在Ag(110)表面，另一个吸附在Ag的STM针尖，计算了其交换相互作用常数。结果表明，两个二茂镍之间倾向于反铁磁耦合，其耦合强度可以通过Ag针尖与Ag(110)衬底的距离精确控制。最后，我们研究了二茂镍分子作为量子比特时，其低温下的振动模式带来的退相干效应[3]。

参考文献

[1]Vijayshankar Asokan,Dorte Nφrgaard Madsen,Pawel Kosinski,等. 催化剂对炭黑转变为纳米炭微球和碳管的影响[J]. 新型炭材料,2015(1):19-29. DOI:10.1016/S1872_5805(15)60172_X. 

[2]李晨. 等离子体辅助制备过渡金属基电解水催化剂及其性能研究[D]. 成都:电子科技大学,2025.

[3]薛凤,武汝前. 基于二茂镍分子的量子比特的设计[C]//中国物理学会2018年秋季学术会议论文集. 2018:1-2.