我國科研團(tuán)隊(duì)合成了新型聚合氮高能量密度材料

記者從中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院獲悉，該院固體物理研究所研究團(tuán)隊(duì)利用金剛石對頂砧高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)，結(jié)合原位拉曼光譜實(shí)驗(yàn)技術(shù)、原位X射線衍射實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及第一性原理計(jì)算，合成并表征了一種含有氮陰離子環(huán)的新型聚合氮化物，相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《自然·化學(xué)》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(jì)算已經(jīng)設(shè)計(jì)預(yù)言了多種全氮化合物，但目前實(shí)驗(yàn)上只有少數(shù)此類材料報(bào)道。由于難以找到有效的合成路線和穩(wěn)定機(jī)制，此類化合物的合成和儲存仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。?

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(wěn)定性，并且不同的金屬元素具有不同的核外電子數(shù)目及排布，與氮元素形成化合物時(shí)可以具有豐富的結(jié)構(gòu)和組分變化。理論預(yù)測的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)基團(tuán)包括氮五環(huán)陰離子、?氮六環(huán)二價(jià)陰離子和鏈狀、網(wǎng)狀聚合氮等，其中一些含有氮五環(huán)陰離子鹽能夠以亞穩(wěn)態(tài)形式保存至環(huán)境條件。然而目前高壓實(shí)驗(yàn)下合成的這類含有氮五環(huán)陰離子鹽、以及兩種五唑鹽、兩種二氮結(jié)構(gòu)的化合物等，還不能保存至常壓。

研究人員花費(fèi)5年時(shí)間，通過反復(fù)探索實(shí)驗(yàn)合成條件，綜合分析了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在高溫高壓條件下將含有線性氮一價(jià)陰離子基團(tuán)的疊氮化物轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪饘傩再|(zhì)的、含有氮六環(huán)二價(jià)陰離子基團(tuán)的新型氮化物。

這一研究成果在實(shí)驗(yàn)上首次發(fā)現(xiàn)此類含有平面氮六環(huán)二價(jià)陰離子基團(tuán)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)

關(guān)鍵詞： 氮化合物 實(shí)驗(yàn)技術(shù) 金屬元素 研究人員 拉曼光譜