【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所王賢龍研究員開發出不依賴等離子體增強方法的一步加熱合成技術，在克量級原材料上實現了產率最高的cg-N合成，是當前最便捷且最高效的合成技術。相關成果發表在Chinese Physics B (Rapid communication)上，并申請了發明專利。
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成、具有類金剛石結構的cg-N含有很高的能量，且其釋能之后的產物是無毒無害的氮氣，因而成為新型高能量密度材料的典型代表之一。早期cg-N樣品的合成主要是依賴高溫高壓技術或者等離子體增強CVD和納米限域相結合的方法，存在樣品穩定性差、合成產量低等問題，同時還缺乏對cg-N結構、熱分解、爆轟性能等關鍵物性的表征和系統研究，制約了其實際應用。
王賢龍研究員團隊長期從事高含能立方偏轉聚合氮(cg-N)的理論和實驗研究，一直在尋求更為簡單和高效的cg-N合成方法。近年來，團隊揭示出低壓下cg-N的失穩機制源自表面分解，提出了通過電負性較弱的鉀元素吸附來增強其表面穩定性的技術方案(Chin. Phys. Lett. (Express Letter) 40,086102 (2023))。在此基礎上篩選出更安全且成本更低的疊氮化鉀作為優質的前驅體，利用自主研建的等離子體增強CVD裝置，在常壓且不借助納米限域效應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，團隊近日又成功發展出僅需一步熱處理就能合成常溫常壓下穩定cg-N的新技術，并在克量級的原材料上實現了cg-N的高效合成。此外，氣相色譜定性分析結果發現產物與水反應，產生了氫氣，表明在cg-N生成的過程中有鉀單質析出，提高了cg-N的穩定性，這與團隊前期的理論計算結果相符。該方法是目前合成cg-N最為便捷的，且產率最高的合成路線，有望實現聚合氮材料的產業化應用。
上述研究得到了合肥物質院院長基金的支持。
圖. 一步加熱法合成立方偏轉聚合氮的技術路線與拉曼光譜和熱重分析表征結果。
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