近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所王賢龍研究員開發(fā)出不依賴等離子體增強(qiáng)方法的一步加熱合成技術(shù)，在克量級原材料上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)率最高的cg-N合成，是當(dāng)前最便捷且最高效的合成技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表在Chinese Physics B (Rapid communication)上，并申請了發(fā)明專利。      氮氮單鍵和氮氮三鍵之間的巨大能量差異，使得完全由氮氮單鍵構(gòu)成、具有類金剛石結(jié)構(gòu)的cg-N含有很高的能量，且其釋能之后的產(chǎn)物是無毒無害的氮?dú)猓蚨蔀樾滦透吣芰棵芏炔牧系牡湫痛碇?。早期cg-N樣品的合成主要是依賴高溫高壓技術(shù)或者等離子體增強(qiáng)CVD和納米限域相結(jié)合的方法，存在樣品穩(wěn)定性差、合成產(chǎn)量低等問題，同時還缺乏對cg-N結(jié)構(gòu)、熱分解、爆轟性能等關(guān)鍵物性的表征和系統(tǒng)研究，制約了其實(shí)際應(yīng)用。

王賢龍研究員團(tuán)隊長期從事高含能立方偏轉(zhuǎn)聚合氮（cg-N）的理論和實(shí)驗(yàn)研究，一直在尋求更為簡單和高效的cg-N合成方法。近年來，團(tuán)隊揭示出低壓下cg-N的失穩(wěn)機(jī)制源自表面分解，提出了通過電負(fù)性較弱的鉀元素吸附來增強(qiáng)其表面穩(wěn)定性的技術(shù)方案（Chin. Phys. Lett. (Express Letter) 40,086102 (2023)）。在此基礎(chǔ)上篩選出更安全且成本更低的疊氮化鉀作為優(yōu)質(zhì)的前驅(qū)體，利用自主研建的等離子體增強(qiáng)CVD裝置，在常壓且不借助納米限域效應(yīng)的條件下成功合成了cg-N，樣品可以保存2個月以上（Sci. Adv. 10, eadq5299(2024)）。

基于此，團(tuán)隊近日又成功發(fā)展出僅需一步熱處理就能合成常溫常壓下穩(wěn)定cg-N的新技術(shù)，并在克量級的原材料上實(shí)現(xiàn)了cg-N的高效合成。此外，氣相色譜定性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物與水反應(yīng)，產(chǎn)生了氫氣，表明在cg-N生成的過程中有鉀單質(zhì)析出，提高了cg-N的穩(wěn)定性，這與團(tuán)隊前期的理論計算結(jié)果相符。該方法是目前合成cg-N最為便捷的，且產(chǎn)率最高的合成路線，有望實(shí)現(xiàn)聚合氮材料的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

上述研究得到了合肥物質(zhì)院院長基金的支持。

論文鏈接：https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1674-1056/ad9569

圖. 一步加熱法合成立方偏轉(zhuǎn)聚合氮的技術(shù)路線與拉曼光譜和熱重分析表征結(jié)果。