Microfotografías de muestras de azida de potasio calentadas con láser a presiones de 500 000 atmósferas (izquierda) y 300 000 atmósferas (derecha). Las áreas de blanco a azul claro en el exterior son K1N3. Hacia el centro, el material se ha transformado en K2N6 en la foto de la izquierda y en un compuesto misterioso y poco conocido con la fórmula K3(N2)4 en la derecha. Crédito:Yu Wang et al./Nature Chemistry
En un estudio reciente publicado en Nature Chemistry , los científicos informaron sobre la síntesis de un nitruro novedoso con brillo metálico y anillos de hexazina, el resultado de un esfuerzo de seis años en ciencia de alta presión.
Esta es la primera vez que un plano N6 2- , un nitruro de hexazina dianiónico, se ha obtenido en un experimento de laboratorio. Además, la estructura se mantuvo relativamente estable a presiones de hasta 20 GPa.
Los compuestos ricos en nitrógeno han llamado mucho la atención debido a su gran potencial como materiales de alta densidad energética (HEDM) que pueden almacenar y liberar grandes cantidades de energía. Sin embargo, hasta ahora se han sintetizado muy pocos compuestos de nitrógeno en comparación con el número predicho teóricamente a través del cálculo y el modelado.
"Los enlaces N-N de bajo orden son difíciles de mantener estables a baja presión", dijo el Dr. Wang Yu, autor principal del estudio e investigador de los Institutos Hefei de Ciencias Físicas de la Academia de Ciencias de China. Según Wang, por eso es tan difícil sintetizar compuestos de nitrógeno en el laboratorio.
En estudios anteriores, Wang y sus colegas aprendieron que el nitrógeno diatómico molecular se puede convertir en un sólido atómico con una estructura gauche cúbica cristalina (cg-N) de un solo enlace en un yunque de diamante a presiones extremas de hasta 110 GPa y 2500 K. resultado inspiró la síntesis de materiales de polinitruro a alta presión y alta temperatura, incluidos los resultados en sus experimentos.
Sin embargo, cómo mantener la estabilidad del compuesto y restaurar las especies en condiciones prácticas sigue siendo un desafío.
En el estudio actual, los investigadores decidieron usar metales alcalinos que han demostrado reducir la presión requerida para la síntesis, mejorando así la estabilidad y la densidad de energía de los compuestos HEDM potenciales.
Los científicos también habían aprendido que usar N3 lineal - como precursores no solo reduce significativamente la barrera de activación, sino que también proporciona un entorno de reacción más uniforme.
Los investigadores comenzaron así su síntesis utilizando metales alcalinos y N3 lineal - azidas. Comenzaron con la investigación de la azida de potasio (KN3 ), que colocaron en una cámara de yunque de diamante utilizada para difracción de rayos X y experimentos Raman.
Mediante ensayo y error, los científicos sintetizaron el N6 2- plano en el laboratorio y estabilizó la estructura recién sintetizada en K2 N6 . La síntesis exitosa se basó en KN3 calentado por un láser en una celda de yunque de diamante a presiones superiores a 45 GPa.
Usando la difracción de rayos X y los resultados de detección de Raman, los investigadores, en colaboración con un equipo dirigido por Artem Oganov en el Instituto de Ciencia y Tecnología Skolkovo, encontraron que todos sus resultados eran consistentes con las predicciones teóricas a través de cálculos de primeros principios.
Wang dijo que los investigadores estaban "muy entusiasmados" por lograr un nitruro con N6
2
anillos de hexazina por primera vez en un experimento de laboratorio. Anillo de hexazina estable tipo butaca en hexanitruro de tungsteno
