近年研究发现，氮气中引入金属元素后，可形成丰富多样的聚合氮结构。如何设计出氮含量高、合成压强低的新型富氮化合物是物理、化学和材料等多学科领域的研究热点之一。 日前，吉林大学 物理学院计算方法与软件国际中心李全教授在＂高压下新型富氮化合物＂研究中获得新进展。相关研究成果以＂Stabilized Nitrogen Framework Anions in the Ga–N System＂为题，于近日发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。 美国化学会成立于1876年，是世界最大的科技协会和世界权威科学信息来源之一，始终致力于为全球化学研究机构、企业及个人提供高品质的文献资讯及服务。作为美国化学会创办的众多期刊之一，Journal of the American Chemical Society 已有143年历史，是全球公认的化学领域国际顶级期刊。 氮气是地球大气的主要成分，约占总气体的78%。常温常压下，氮气以N≡N非极性共价键结合为典型的双原子分子。分子中的叁键键能很大，难以被破坏，因此，氮气具有高度的化学惰性。在超高压力作用下，固体氮存在＂压制分子解离＂的现象，形成含有N=N或N-N的稳定聚合氮结构。由于N≡N和N-N、N=N之间存在巨大的能量差异，因此，聚合氮材料是备受关注的高能量密度物质。然而，聚合氮在百万大气压强（100GPa）以上的环境才能被实验制备，合成条件苛刻。 （高压下新型Ga-N化合物） 李全教授团队利用CALYPSO晶体结构预测方法，系统研究了高压下Ga-N体系的热力学稳定性，理论预言出三种全新化学计量比的富氮化合物GaNx（x = 5，10，15）。同时，利用激光辅助加热金刚石对顶砧高压实验装置，在85GPa的压强下成功合成出GaN5和GaN10 。 李全，吉林大学物理学院教授，国家优秀青年科学基金获得者。任中国晶体学会高压专委会和材料学会青委会理事，中国材料学会青委会理事等。主要从事新型超硬功能材料的结构设计和物性调控研究，曾获国家自然科学二等奖、优秀青年科学家奖等科研荣誉。 三种Ga-N化合物都具有丰富的化学键合行为和新奇的聚合氮拓扑结构。它们能量密度（4.1–5.3 kJ/g）与传统炸药（如TNT、HMX等）相媲美，且合成压强远低于聚合氮的制备条件。当前研究提出了通过p区元素与N2高压化学反应来设计高能量密度材料的新思路，拓展了富氮化合物的家族成员。 本文第一作者为吉林大学2020级博士研究生翟航。本文通讯作者为吉林大学物理学院李全教授和马琰铭教授、中国科学院物理研究所于晓辉研究员。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、吉林大学科学技术创新研究团队和交叉学科创新平台等项目的资助。拓展阅读： 吉林大学计算方法与软件国际中心 面向国家对原创科学计算方法和软件的战略需求，瞄准计算科学领域中的重大科技前沿，依托物理学院成立于2018年5月。中心发展原创的科学计算方法，研制我国自主产权的科学计算软件系统，为我国培养科学计算领域高端人才，打造世界一流的计算科学研究中心、人才培养中心和学术交流中心。 关注＂吉大招生＂头条号，获取关于国家985、211工程，双一流建设高校——吉林大学的最新精彩资讯！ 文章素材来源：吉林大学物理学院官网、吉林大学博士后官微、吉林大学化学学院官网、吉林大学计算方法与软件国际中心官网
