Открытие соединений на основе азота как новых высокоэффективных материалов для хранения энергии.

Материалы с высокой плотностью энергии (HEDM) имеют решающее значение во многих приложениях из-за их превосходных энергетических характеристик, которые включают высокую скорость детонации, давление детонации и емкость хранения энергии. Их применение в освоении космоса в качестве ракетного топлива и в обороне в качестве взрывчатых веществ имеет решающее значение для современного общества. Уникальные химические свойства этих материалов, такие как способность хранить огромное количество энергии в относительно небольшом объеме, делают их незаменимыми для разработки технологий в областях, требующих высокой выходной мощности и компактных решений для хранения энергии.

Азотсодержащие соединения являются одними из наиболее эффективных вариантов ГЭДМ. Способность азота образовывать стабильные и благоприятные связи разной силы разного порядка, одиночные N-N, двойные N=N или тройные N≡N, позволяет синтезировать широкий спектр соединений с заданными свойствами. Богатые азотом материалы способны выделять огромное количество энергии при разложении или горении (когда одинарные связи заменяются тройными), что делает их весьма эффективными в качестве топлива и взрывчатых веществ. Разложение азотсодержащих соединений часто приводит к образованию газообразного азота (N2), который является стабильным, инертным и экологически чистым продуктом.

Для освоения HEDM молекулярная масса является очень важным параметром: чем легче элементы, из которых состоит твердое тело, тем выше плотность гравитационной энергии соединения. Поскольку скандий является самым легким из переходных металлов, его полинитриды (соединения, содержащие много атомов азота с одинарной связью) особенно многообещающи в качестве HEDM, как и было предсказано в нескольких компьютерных исследованиях. Однако полинитриды скандия до сих пор не были известны.

Исследователи из Университета Байройта сообщают о четырех новых нитридах скандия: Sc2N6, Sc2N8, ScN5 и Sc4N3. «Две новые последовательные единицы азота N66 и N86, полученные в этом исследовании, значительно расширяют список анионных олигомеров азота, которые вносят заметный вклад в фундаментальное понимание химии азота под высоким давлением», — говорит аспирант Андрей Асландоков, первый автор. Из бумаги.

«Синтезированные твердые вещества Sc2N6, Sc2N8 и ScN5 являются многообещающими материалами с высокой плотностью энергии, расчетная объемная плотность энергии, скорость детонации и давление детонации в 3 раза превышают показатели обычного взрывчатого тринитротолуола (ТНТ). Химия высокого давления демонстрирует наличие и разнообразие » Полинитриды, что открывает горизонты их применения в науке и технике».