Synthesis and Stability of High-Energy-Density Niobium Nitrides under High-Pressure Conditions

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作者
Huawei Chen,Maxim Bykov,Iskander G. Batyrev,Lukas Brüning,Elena Bykova,Mohammad F. Mahmood,Stella Chariton,Vitali B. Prakapenka,Timofey Fedotenko,Konstantin Glazyrin,Mohamed Mézouar,Gastón Garbarino,A. Steele,Alexander F. Goncharov
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:64 (1): 692-700
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.4c03331
摘要

High-energy-density materials (HEDMs) are crucial in various applications, from energy storage to defense technologies. Transition metal polynitrides are promising candidates for HEDMs. Using single-crystal synchrotron X-ray diffraction, we investigated the crystal structures of niobium nitride, specifically Nb2N3 and NbN2, under high-pressure conditions of up to 86 GPa. At higher pressures, niobium polynitrides NbN4 and NbN5 were observed to be stable from 100 to 120 GPa, which feature low-order nitrogen bonding. The low-order bonded nitrogen in NbN4 and NbN5 forms multiple polynitrogen anions at megabar pressure ranges. In the Nb–N system, we observed an increasing coordination number of metal–nitrogen as pressure increased. These structures were supported by density functional theory (DFT) calculations and Raman spectroscopy.
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