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Science Bulletin | 刘冰冰教授团队在高压构筑新型聚合氮的研究中取得进展

发布时间:2024-11-30浏览次数:

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