我国科研团队合成了新型聚合氮高能量密度材料

记者从中科院合肥物质科学研究院获悉，该院固体物理研究所研究团队利用金刚石对顶砧高压实验技术，结合原位拉曼光谱实验技术、原位X射线衍射实验技术以及第一性原理计算，合成并表征了一种含有氮阴离子环的新型聚合氮化物，相关研究成果日前发表在《自然·化学》上。

由于氮-氮单/双键与氮-氮三键之间有巨大的能量差，因此含有氮-氮单/双键的富氮化合物具有巨大的能量储存或释放能力，被看作潜在的高能量密度材料。虽然理论计算已经设计预言了多种全氮化合物，但目前实验上只有少数此类材料报道。由于难以找到有效的合成路线和稳定机制，此类化合物的合成和储存仍然是一个巨大的挑战。 

研究人员通过掺杂金属元素，降低合成压力并提高聚合氮化合物的稳定性，并且不同的金属元素具有不同的核外电子数目及排布，与氮元素形成化合物时可以具有丰富的结构和组分变化。理论预测的稳定结构基团包括氮五环阴离子、 氮六环二价阴离子和链状、网状聚合氮等，其中一些含有氮五环阴离子盐能够以亚稳态形式保存至环境条件。然而目前高压实验下合成的这类含有氮五环阴离子盐、以及两种五唑盐、两种二氮结构的化合物等，还不能保存至常压。

研究人员花费5年时间，通过反复探索实验合成条件，综合分析了大量的实验数据，在高温高压条件下将含有线性氮一价阴离子基团的叠氮化物转变为具有金属性质的、含有氮六环二价阴离子基团的新型氮化物。

这一研究成果在实验上首次发现此类含有平面氮六环二价阴离子基团的氮化物，且该氮化物可以在低温下保存至20吉帕。

(中科院合肥研究院供图)

关键词： 氮化合物 实验技术 金属元素 研究人员 拉曼光谱