研究制備出兩種新型鑭氮化合物

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

高溫高壓技術制備兩種新型鑭氮化合物。受訪者供圖

富氫化合物因具有高溫超導電性，成為目前凝聚態(tài)物理體系關注的熱點體系。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)了相似的結構和金屬化轉變趨勢。聚合氮近些年來被評為最具有潛力的高能量密度材料，其在作為爆炸物和推進劑等領域均具有一定的應用價值。而金屬原子的引入會顯著調控聚合氮的結構，使其呈現(xiàn)出不同的聚合構型，從而具有奇特的性質。

團隊通過將金屬鑭和氮氣在金剛石對頂砧中加壓到110GPa，并施加2000K的溫度后，成功獲得了兩種具有特殊聚合結構的鑭超氮化物LaN8。利用MAGUS軟件理論預測和同步輻射X射線衍射測量，結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籠型N8結構單元和融合N18大環(huán)的形態(tài)存在。類籠型N8結構在前人的實驗中從未被報道過，是一種新穎的聚合氮構型。隨后，團隊對這兩種新型聚合氮結構內部氮氮鍵長進行統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)其鍵長均處于單鍵區(qū)間。平均鍵長的統(tǒng)計結果顯示，P4/n-LaN8具有超過所有已知氮化物的平均鍵長，這表示其具有作為新型高含能材料的應用潛力。

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