層狀黑磷聚合氮(BP-N)制備取得突破

聚合氮是氮原子在超高溫高壓條件下形成的具有三維連續(xù)結(jié)構(gòu)的全氮材料，理論預(yù)測其具有立方偏轉(zhuǎn)(cg-N)、層狀黑磷(BP-N)和鏈狀等結(jié)構(gòu)，能量達(dá)到8倍TNT當(dāng)量以上。2004年，德國Max Plack研究所首次在110GPa、2000K下制備出cg-N；2014年，美國華盛頓州立大學(xué)在150GPa、2000K下發(fā)現(xiàn)了一種層狀聚合氮(LP-N)；2019年，法國原子能與替代能源委員會軍事應(yīng)用實驗室在250GPa、3000K下發(fā)現(xiàn)了另一種六方層狀聚合氮(HLP-N)。而BP-N多年來一直未在實驗上取得進(jìn)展。

最近，德國Bayreuth大學(xué)(2020 Phys. Rev. Lett. 124, 216001)、北京高壓科學(xué)研究中心與加拿大Saskatchewan大學(xué)國際合作團(tuán)隊(2020 Science Advances 6 eaba9206)以及西安近代化學(xué)研究所(http://doi.org/10.1088/1674-1056/aba9bd)相繼在BP-N的制備上取得突破。BP-N與黑磷的晶體結(jié)構(gòu)類似，具有褶皺蜂窩層狀結(jié)構(gòu)。BP-N的合成需要超過130萬大氣壓與2200K的極端條件，經(jīng)拉曼光譜測試表明，特征峰及其隨壓力變化的曲線與計算模擬結(jié)果相符。理論計算表明，BP-N在穩(wěn)定壓力區(qū)間內(nèi)能量水平略高于cg-N，是性能優(yōu)良的顛覆性含能材料。BP-N的成功制備在認(rèn)識全氮結(jié)構(gòu)的高壓相變規(guī)律、調(diào)控聚合氮的結(jié)構(gòu)和性能等方面具有重要意義。

西安近代化學(xué)研究所 丁可偉供稿