High-pressure synthesis of ultraincompressible hard rhenium nitride pernitride Re2(N2)(N)2 stable at ambient conditions

体积模量 氮化物 过渡金属 纳米压痕 晶体结构 氮气 材料科学 化学 金属 无机化学 结晶学 纳米技术 有机化学 冶金 复合材料 催化作用 图层(电子)
作者
Maxim Bykov,Stella Chariton,Hongzhan Fei,Timofey Fedotenko,Georgios Aprilis,Alena V. Ponomareva,Ferenc Tasnádi,Igor A. Abrikosov,Benoit Merle,Patrick Feldner,Sebastian Vogel,Wolfgang Schnick,Vitali B. Prakapenka,Eran Greenberg,Michael Hanfland,Anna Pakhomova,Hanns‐Peter Liermann,Tomoo Katsura,Natalia Dubrovinskaia,Leonid Dubrovinsky
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:35
标识
DOI:10.1038/s41467-019-10995-3
摘要

Here we report the synthesis of metallic, ultraincompressible (bulk modulus $K_{0}$ = 428(10) GPa) and very hard (nanoindentation hardness 36.7(8) GPa) rhenium (V) nitride pernitride Re$_{2}$(N$_{2}$)N$_{2}$. While the empirical chemical formula of the compound, ReN$_{2}$, is the same as for other known transition metals pernitrides, e.g. IrN$_{2}$, PtN$_{2}$, PdN$_{2}$ and OsN$_{2}$, its crystal chemistry is unique. The known pernitrides of transition metals consist of a metal in the oxidation state +IV and pernitride anions N$_{2}^{4-}$. ReN$_{2}$ contains both pernitride N$_{2}^{4-}$ and discrete N$^{3-}$ anions, which explains its exceptional properties. Moreover, in the original experimental synthesis of Re$_{2}$(N$_{2}$)N$_{2}$ performed in a laser-heated diamond anvil cell via a direct reaction between rhenium and nitrogen at pressures from 40 to 90 GPa we observed that the material was recoverable at ambient conditions. Consequently, we developed a route to scale up its synthesis through a reaction between rhenium and ammonium azide, NH$_{4}$N$_{3}$, in a large-volume press at 33 GPa. Our work resulted not only in a discovery of a novel material with unusual crystal chemistry and a set of properties attractive for potential applications, but also demonstrated a feasibility of surmounting conceptions common in material sciences.

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