科学家在极端条件下发现氮的新型同素异形体
2020-06-08
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北京高压科学研究中心毛河光院士和研究员缑慧阳、吉诚、杨留响、李冰等与加拿大萨省大学教授姚延荪组成的国际合作团队，在150万大气压和2200 K的极端条件下，首次发现了一种具有褶皱蜂窝层状结构的聚合氮（褶层聚合氮）。该成果发表于近期的《科学进展》，并被选为当期4篇“精选论文”之一。
研究人员利用激光加温金刚石对顶砧技术产生了超高压和高温条件。通过在高能同步辐射光源进行超高压原位单晶X射线衍射，结合微区拉曼光谱测量和理论计算，确认了褶层聚合氮的晶体结构。
研究发现，褶层聚合氮的晶体结构和光学特性随压力的演变以及异常的光谱特性，均符合晶体结构的各向异性。褶层聚合氮长期以来难以合成的内在原因，也通过理论计算进行了解释。不过，在卸压过程中，褶层聚合氮转化回氮气。如何在常压条件下获取褶层聚合氮仍需进一步研究。
褶层聚合氮的发现为纯氮二维材料和高能量密度聚合氮的进一步发展奠定了基础。
褶层聚合氮与黑磷的晶体结构一致。近期引起研究热潮的新型二维材料磷烯就是由黑磷所衍生出的，并具有优异的电学及光学性能，展现出了在半导体器件领域广阔的应用前景。因此，褶层聚合氮的发现为合成类似石墨烯的二维氮烯点燃了希望。
此外，褶层聚合氮具有能量密度高、密度低（重量轻）、并且产物为氮气（无污染）等特点，是一种梦寐以求的高能密度材料。
该研究工作得到国家自然科学基金委（项目批准号：U1930401）和加拿大自然科学和工程研究理事会（NSERC）的科研项目资助。
相关论文信息：https://advances.sciencemag.org/content/6/23/eaba9206
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