[发明专利]一种限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn21-NaN5的高温高压制备方法

说明书

本发明涉及高能量密度材料制备的技术领域，提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn2₁‑NaN₅的高温高压制备方法。本发明以限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠为起始物，经过高压及激光加热处理，获得在高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn2₁‑NaN₅。本发明提供的方法步骤简单，易于操作，首次实现了限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn2₁‑NaN₅的高温高压制备，为新型无水碱金属聚合氮的实验制备提供了有效的技术途径。

本申请是申请日为2020年1月17日，申请号为202010053376.4、发明名称为《一种限域高密度无水碱金属聚合氮NaN₅的高温高压制备和常压截获方法》的分案申请，申请人为吉林大学。

技术领域

本发明涉及高能量密度材料制备的技术领域，尤其涉及一种限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn2₁-NaN₅的高温高压制备方法。

背景技术

聚合氮是一种典型的高能量密度材料(HEDM)，其中的氮原子以N-N键或N＝N键相连接，由于N-N键能(160KJ/mol)/N＝N键能(418KJ/mol)远远低于氮气中的N≡N键能(954KJ/mol)，在其解聚恢复成N₂分子时将会释放出巨大的能量。五唑化合物是一类典型的聚合氮材料，其氮五环(N₅^-)中的氮原子在同一个平面上，氮氮键键长介于氮氮单键(N-N)和双键(N＝N)之间。

近年来人们利用化学合成方法得到了许多可以在环境条件下稳定存在的五唑盐，其中包括钠基五唑盐[Na₈(N₅)₈(H₂O)₃]_n及[Na(N₅)(H₂O)]·2H₂O。在这两种钠基五唑骨架结构中，钠离子、结合水及自由水对稳定其中的氮五环(N₅^-)起着重要的作用。值得注意的是，在这两种钠基五唑骨架结构中都含有大量水分子，其中的钠基五唑结构无法脱离水分子在环境条件下稳定存在，而且这两种钠基五唑骨架的笼状结构也导致了其中钠基五唑结构密度的极大降低。

迄今为止，仅含有金属钠离子配位的钠基五唑结构尚未见报道，更高密度的无水碱金属聚合氮结构NaN₅也尚未见报道。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种限域高密度无水碱金属聚合氮NaN₅的高温高压制备和常压截获方法。本发明首次在高压下获得可以稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN₅及Pmn2₁-NaN₅，并且实现常压下截获稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮P2/c-NaN₅。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN₅的高压制备方法，包括以下步骤：

在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，然后加压至35GPa以上，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Cm-NaN₅。

一种限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn2₁-NaN₅的高温高压制备方法，包括以下步骤：

在金刚石对顶砧高压腔中封装限域在氮化硼纳米管中的叠氮化钠，加压至50GPa以上，然后进行2000～2300K激光加热处理，得到高压下稳定存在的限域高密度无水碱金属聚合氮Pmn2₁-NaN₅。