科學家在極端條件下發現氮的新型同素異形體
時間：2020-06-08 來源：中國科學報
北京高壓科學研究中心毛河光院士和研究員緱慧陽、吉誠、楊留響、李冰等與加拿大薩省大學教授姚延蓀組成的國際合作團隊，在150萬大氣壓和2200 K的極端條件下，首次發現了一種具有褶皺蜂窩層狀結構的聚合氮（褶層聚合氮）。該成果發表于近期的《科學進展》，并被選為當期4篇“精選論文”之一。
研究人員利用激光加溫金剛石對頂砧技術產生了超高壓和高溫條件。通過在高能同步輻射光源進行超高壓原位單晶X射線衍射，結合微區拉曼光譜測量和理論計算，確認了褶層聚合氮的晶體結構。
研究發現，褶層聚合氮的晶體結構和光學特性隨壓力的演變以及異常的光譜特性，均符合晶體結構的各向異性。褶層聚合氮長期以來難以合成的內在原因，也通過理論計算進行了解釋。不過，在卸壓過程中，褶層聚合氮轉化回氮氣。如何在常壓條件下獲取褶層聚合氮仍需進一步研究。
褶層聚合氮的發現為純氮二維材料和高能量密度聚合氮的進一步發展奠定了基礎。
褶層聚合氮與黑磷的晶體結構一致。近期引起研究熱潮的新型二維材料磷烯就是由黑磷所衍生出的，并具有優異的電學及光學性能，展現出了在半導體器件領域廣闊的應用前景。因此，褶層聚合氮的發現為合成類似石墨烯的二維氮烯點燃了希望。
此外，褶層聚合氮具有能量密度高、密度低（重量輕）、并且產物為氮氣（無污染）等特點，是一種夢寐以求的高能密度材料。
該研究工作得到國家自然科學基金委（項目批準號：U1930401）和加拿大自然科學和工程研究理事會（NSERC）的科研項目資助。
相關論文信息：https://advances.sciencemag.org/content/6/23/eaba9206
