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我國科研團隊合成了新型聚合氮高能量密度材料
文章來源:科技日報 作者:吳長鋒     更新時間:2022-04-25 15:26:29
記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉,該院固體物理研究所研究團隊利用金剛石對頂砧高壓實驗技術,結合原位拉曼光譜實驗技術、原位X射線衍射實驗技術以及第一性原理計算,合成并表征了一種含有氮陰離子環的新型聚合氮化物,相關研究成果日前發表在《自然·化學》上。

  由于氮-氮單/雙鍵與氮-氮三鍵之間有巨大的能量差,因此含有氮-氮單/雙鍵的富氮化合物具有巨大的能量儲存或釋放能力,被看作潛在的高能量密度材料。雖然理論計算已經設計預言了多種全氮化合物,但目前實驗上只有少數此類材料報道。由于難以找到有效的合成路線和穩定機制,此類化合物的合成和儲存仍然是一個巨大的挑戰。 

  研究人員通過摻雜金屬元素,降低合成壓力并提高聚合氮化合物的穩定性,并且不同的金屬元素具有不同的核外電子數目及排布,與氮元素形成化合物時可以具有豐富的結構和組分變化。理論預測的穩定結構基團包括氮五環陰離子、 氮六環二價陰離子和鏈狀、網狀聚合氮等,其中一些含有氮五環陰離子鹽能夠以亞穩態形式保存至環境條件。然而目前高壓實驗下合成的這類含有氮五環陰離子鹽、以及兩種五唑鹽、兩種二氮結構的化合物等,還不能保存至常壓。

  研究人員花費5年時間,通過反復探索實驗合成條件,綜合分析了大量的實驗數據,在高溫高壓條件下將含有線性氮一價陰離子基團的疊氮化物轉變為具有金屬性質的、含有氮六環二價陰離子基團的新型氮化物。

  這一研究成果在實驗上首次發現此類含有平面氮六環二價陰離子基團的氮化物,且該氮化物可以在低溫下保存至20吉帕。

  (中科院合肥研究院供圖)

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