研究制備出兩種新型鑭氮化合物

近日，吉林大學(xué)黃曉麗教授和南京大學(xué)孫建教授等人，在高壓金屬富氮化合物研究方面取得新的進(jìn)展，制備出兩種新型鑭氮化合物，相關(guān)成果發(fā)表在 J. Am. Chem. Soc. 雜志上，并被選為封面文章。

高溫高壓技術(shù)制備兩種新型鑭氮化合物。受訪(fǎng)者供圖

富氫化合物因具有高溫超導(dǎo)電性，成為目前凝聚態(tài)物理體系關(guān)注的熱點(diǎn)體系。前期的研究表明，固態(tài)氫和固態(tài)氮均屬于雙原子小分子固體，在高壓下呈現(xiàn)了相似的結(jié)構(gòu)和金屬化轉(zhuǎn)變趨勢(shì)。聚合氮近些年來(lái)被評(píng)為最具有潛力的高能量密度材料，其在作為爆炸物和推進(jìn)劑等領(lǐng)域均具有一定的應(yīng)用價(jià)值。而金屬原子的引入會(huì)顯著調(diào)控聚合氮的結(jié)構(gòu)，使其呈現(xiàn)出不同的聚合構(gòu)型，從而具有奇特的性質(zhì)。

團(tuán)隊(duì)通過(guò)將金屬鑭和氮?dú)庠诮饎偸瘜?duì)頂砧中加壓到110GPa，并施加2000K的溫度后，成功獲得了兩種具有特殊聚合結(jié)構(gòu)的鑭超氮化物L(fēng)aN8。利用MAGUS軟件理論預(yù)測(cè)和同步輻射X射線(xiàn)衍射測(cè)量，結(jié)果顯示兩種化合物分別具有P4/n和R-3空間群。聚合氮在其中分別以類(lèi)籠型N8結(jié)構(gòu)單元和融合N18大環(huán)的形態(tài)存在。類(lèi)籠型N8結(jié)構(gòu)在前人的實(shí)驗(yàn)中從未被報(bào)道過(guò)，是一種新穎的聚合氮構(gòu)型。隨后，團(tuán)隊(duì)對(duì)這兩種新型聚合氮結(jié)構(gòu)內(nèi)部氮氮鍵長(zhǎng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其鍵長(zhǎng)均處于單鍵區(qū)間。平均鍵長(zhǎng)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，P4/n-LaN8具有超過(guò)所有已知氮化物的平均鍵長(zhǎng)，這表示其具有作為新型高含能材料的應(yīng)用潛力。

為了獲得較為純凈的樣品信號(hào)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了磁控濺射法用來(lái)裝載金屬樣品。此法可以大大降低樣品的厚度，從而使高壓反應(yīng)更加完全，更有利于獲得更高純度的產(chǎn)物。