Route to high-energy density polymeric nitrogen t-N via He-N compounds.
Route to high-energy density polymeric nitrogen t-N via He-N compounds.
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通过He-N化合物制备高能量密度聚合氮t-N的路线
DOI：
10.1038/s41467-018-03200-4
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发表时间：
2018-02-19
影响因子：
16.6
通讯作者：
Ma Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li Y;Feng X;Liu H;Hao J;Redfern SAT;Lei W;Liu D;Ma Y
聚合氮，通过压缩纯分子氮来稳定，还没有恢复到环境条件，这阻碍了它作为高能量密度材料的应用。在这里，我们提出了一种在高压下通过He-N化合物合成四方聚合氮（t-N）的途径。利用第一性原理计算和结构搜索，我们预测了一类化学计量HeN4的氮化物在8.5 GPa以上能量稳定（相对于固体He和N2的混合物）。在高压下，HeN4包含一个聚合物通道状的氮框架，里面填充了线性排列的氦原子。除去氦气后，氮气骨架在减压时保持在环境压力下，形成纯聚合氮，t-N。t-N在环境压力下动态和机械稳定，估计能量密度为~11.31 kJ/g，标志着它是一种非凡的高能量密度材料。这扩展了已知的氮的聚合形式，并指出了其合成的途径。
Polymeric nitrogen, stabilized by compressing pure molecular nitrogen, has yet to be recovered to ambient conditions, precluding its application as a high-energy density material. Here we suggest a route for synthesis of a tetragonal polymeric nitrogen, denoted t-N, via He-N compounds at high pressures. Using first-principles calculations with structure searching, we predict a class of nitrides with stoichiometry HeN4 that are energetically stable (relative to a mixture of solid He and N2) above 8.5 GPa. At high pressure, HeN4 comprises a polymeric channel-like nitrogen framework filled with linearly arranged helium atoms. The nitrogen framework persists to ambient pressure on decompression after removal of helium, forming pure polymeric nitrogen, t-N. t-N is dynamically and mechanically stable at ambient pressure with an estimated energy density of ~11.31 kJ/g, marking it out as a remarkable high-energy density material. This expands the known polymeric forms of nitrogen and indicates a route to its synthesis.
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