Stabil lænestolslignende hexazinring i wolframhexanitrid

Wolframhexanitrid med lænestolslignende hexazin N ₆ ring er blevet syntetiseret af en gruppe videnskabsmænd ledet af Dr. Jin Liu og hans tidligere postdoc Nilesh Salke ved HPSTAR (Center for High Pressure Science &Technology Advanced Research). WN ₆ er et lovende materiale med høj energitæthed og superhårdt. Deres resultater er offentliggjort i det seneste nummer af Fysiske anmeldelsesbreve .

Diatomisk nitrogen er det mest udbredte molekyle i Jordens atmosfære og tegner sig for næsten 78% volumen. Den stærke tredobbelte binding i nitrogen gør den meget stabil og ikke-reaktiv ved nær omgivende forhold. Imidlertid, under intenst tryk og høje temperaturforhold, nitrogen vil opføre sig helt anderledes, det kan danne dobbelt- eller endda enkeltbundet struktur eller reagere med andre elementer for at danne nye nitrider. Enkeltbundet polymert nitrogen eller nitrider med enkeltbundet nitrogen er af stor videnskabelig interesse som et materiale med høj energitæthed. Og overgangsmetalnitrider er de meget lovende kandidater, der kan indeholde det plane nitrogenhexazin (N ₆ ) ring, som forudsiges at være umulige at stabilisere eksperimentelt på grund af frastødningen af ​​det ensomme par.

Holdet skabte WN ₆ i en laseropvarmet diamantamboltcelle ved elementær reaktion mellem wolfram og nitrogen over tryk på omkring 1,3 Mbar og temperatur på ~3500 K. In-situ synkrotron røntgendiffraktion (XRD) gjorde det muligt for dem at identificere wolframhexanitridfasen, krystalliserer med ny lænestolslignende N ₆ ringe, og højtryks Raman-spektroskopimålingen bekræftede tilstedeværelsen af ​​N-N enkeltbindinger i N ₆ ringe. Yderligere teoretiske beregninger understøtter også deres eksperimentelle observationer.

"Det lænestolslignende hexazin-nitrogenundergitter i WN ₆ er bemærkelsesværdig og sammenlignelig med den i de polymere nitrogenfaser, gør det til en lovende materialekandidat med høj energitæthed, " sagde Dr. Nilesh Salke, nu en postdoktor ved University of Illinois i Chicago.

Derudover WN ₆ viser en Vickers hårdhed på op til 57 GPa, den højeste hårdhed blandt alle overgangsmetalnitrider sammen med god sejhed. De krediterede WN's ultrastivhed ₆ at balancere mellem den attraktive interaktion af N ₆ ringe med W-atomer og den frastødende interaktion af N ₆ ringer med hinanden ud fra teoretiske beregninger.

"Så vidt vi ved, dette er den første eksperimentelle rapport om det enkeltbundne overgangsmetalnitrid, " sagde Dr. Jin Liu, "Vi mener, at dette arbejde vil stimulere yderligere eksperimentelle bestræbelser på at syntetisere andre nitrider med nye strukturelle, kemisk, og fysiske egenskaber. "

"Vores eksperimentelle demonstration af stabiliserende lænestolslignende hexazin N ₆ ring i WN ₆ baner vejen for fremtidige bestræbelser på at stabilisere plan hexazinring, " tilføjede Dr. Liu.