Forskere syntetiserer nyt nitrid og stabiliserer dets hexazinringe ved højt tryk

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Nature Chemistry , rapporterede videnskabsmænd om syntesen af ​​et nyt nitrid med metallisk glans og hexazinringe - resultatet af en seks-årig indsats inden for højtryksvidenskab.

Dette er første gang, at en plan N₆ ^2- , et dianionisk hexazinnitrid, er blevet opnået i et laboratorieforsøg. Desuden forblev strukturen relativt stabil ved tryk ned til 20 GPa.

Nitrogenrige forbindelser har tiltrukket bred opmærksomhed på grund af deres store potentiale som materialer med høj energitæthed (HEDM'er), der kan lagre og frigive enorme mængder energi. Imidlertid er meget få nitrogenforbindelser blevet syntetiseret indtil videre i sammenligning med det antal, der teoretisk forudsiges gennem beregning og modellering.

"N-N-bindinger af lav orden er svære at holde stabile ved lavt tryk," sagde Dr. Wang Yu, hovedforfatter af undersøgelsen og forsker ved Hefei Institutes of Physical Science ved det kinesiske videnskabsakademi. Ifølge Wang er det derfor så svært at syntetisere nitrogenforbindelser i laboratoriet.

I tidligere undersøgelser har Wang og hendes kolleger lært, at molekylært diatomisk nitrogen kan omdannes til et atomært fast stof med en enkeltbindingskrystallinsk kubisk gauche (cg-N) struktur i en diamantambolt ved ekstreme tryk op til 110 GPa og 2.500 K. Resultatet inspirerede syntesen af ​​polynitridmaterialer ved højt tryk og høj temperatur, herunder resultaterne i deres eksperimenter.

Det er dog stadig en udfordring, hvordan man opretholder sammensatte stabilitet og genopretter arter under praktiske forhold.

I den aktuelle undersøgelse besluttede forskerne at bruge alkalimetaller, der har vist sig at reducere det tryk, der kræves til syntese, og dermed forbedre stabiliteten og energitætheden af ​​potentielle HEDM-forbindelser.

Forskere havde også erfaret, at brug af lineær N₃ ^- grupper som prækursorer reducerer ikke kun aktiveringsbarrieren væsentligt, men giver også et mere ensartet reaktionsmiljø.

Forskerne begyndte således deres syntese ved hjælp af alkalimetaller og lineær N₃ ^- azider. De begyndte med undersøgelse af kaliumazid (KN₃ ), som de placerede i et diamantamboltkammer brugt til røntgendiffraktion og Raman-eksperimenter.

Gennem forsøg og fejl syntetiserede forskerne N₆ ^2- plan i laboratoriet og stabiliserede den nysyntetiserede struktur i K₂ N₆ . Den vellykkede syntese var baseret på KN₃ opvarmet af en laser, mens den er i en diamantamboltcelle ved tryk over 45 GPa.

Ved hjælp af røntgendiffraktion og Raman-detektionsresultater fandt forskerne i samarbejde med et team ledet af Artem Oganov ved Skolkovo Institute of Science and Technology, at alle deres resultater var i overensstemmelse med teoretiske forudsigelser gennem beregninger med de første principper.

Wang sagde, at forskerne var "alle meget begejstrede" for at opnå et nitrid med N₆ ² hexazinringe for første gang i et laboratorieeksperiment. + Udforsk yderligere

Stabil lænestolslignende hexazinring i wolframhexanitrid