近日，刘冰冰教授团队在高压构筑新型聚合氮的研究中取得重要进展。相关成果以“N₁₈ ring: a building block for constructing 1D and 2D polymeric nitrogen frameworks”为题发表在《Science Bulletin》上。

利用环状结构单元跨维度创制新材料是材料科学的前沿研究领域。碳基材料中六环结构是基本结构单元，由零维进一步聚合拓展，可以形成一维碳纳米管、二维的石墨烯及三维金刚石等重要的功能材料。元素周期表中，氮虽然与碳相邻，但因其具有孤对电子，导致聚合氮的拓扑结构及本征物性不同于碳材料。同时，由于氮分子的超高稳定性，聚合氮材料的制备受到了严重的阻碍。高压作为一种独立的热力学参量，能够诱导结构相变，形成高压新相，为发现新结构、新性质和新材料提供了丰富源泉。高压策略为聚合氮材料提供了有效的合成途径，但是目前其基本构筑单元尚无法确定，这极大限制了聚合氮家族的进一步扩展及丰富。

刘冰冰教授团队在前期工作中获得了由N₁₈环构成的类石墨烯二维聚合氮结构，同时发现其具有与石墨烯相似的拓扑电子结构，这激发了该团队进一步在其他体系中探索由N₁₈单元构筑的新型聚合氮材料及其在高压下结构衍化行为及独特物性。近日，团队进一步扩展了基于N₁₈环的聚合氮结构，成功获得了褶皱的一维带状和二维层状的新型聚合氮结构，并利用稀土元素镧实现了新型聚合氮结构的稳定化。同时，该团队发现压力可以调控N₁₈环的聚合形式，形成不同维度的聚合氮框架结构，获得了聚合氮框架的维度扩展的规律。并且，这两种由N₁₈环构成的聚合氮结构均具有优异的含能特性。该工作揭示了N₁₈环可以作为聚合氮材料的一类基本构筑基元，为扩展氮家族，设计、合成多维度的新型聚合氮材料提供了新策略。

利用金属镧和氮气作为前驱体进行高压下的激光加热实验，合成了基于N₁₈环的一维带状和二维层状的新型聚合氮结构

论文第一作者为吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室2022级博士生高玉香，博士后张盈和刘爽为共同一作，通讯作者为吉林大学物理学院超硬材料国家重点实验室姚震教授，王鹏教授和刘冰冰教授。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划和中国博士后科学基金等项目的资助支持。

文章全文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.10.002