Stabilization of N6 and N8 anionic units and 2D polynitrogen layers in high-pressure scandium polynitrides

高压 化学 材料科学 纳米技术 物理 无机化学 热力学
作者
Andrey Aslandukov,Alena Aslandukovа,Dominique Laniel,Saiana Khandarkhaeva,Yuqing Yin,Fariia Iasmin Akbar,Stella Chariton,Vitali B. Prakapenka,Eleanor Lawrence Bright,Carlotta Giacobbe,Jonathan P. Wright,Davide Comboni,Michael Hanfland,Natalia Dubrovinskaia,Leonid Dubrovinsky
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46313-9
摘要

Nitrogen catenation under high pressure leads to the formation of polynitrogen compounds with potentially unique properties. The exploration of the entire spectrum of poly- and oligo-nitrogen moieties is still in its earliest stages. Here, we report on four novel scandium nitrides, Sc2N6, Sc2N8, ScN5, and Sc4N3, synthesized by direct reaction between yttrium and nitrogen at 78-125 GPa and 2500 K in laser-heated diamond anvil cells. High-pressure synchrotron single-crystal X-ray diffraction reveals that in the crystal structures of the nitrogen-rich Sc2N6, Sc2N8, and ScN5 phases nitrogen is catenated forming previously unknown N66- and N86- units and ∞2(N53-) anionic corrugated 2D-polynitrogen layers consisting of fused N12 rings. Density functional theory calculations, confirming the dynamical stability of the synthesized compounds, show that Sc2N6 and Sc2N8 possess an anion-driven metallicity, while ScN5 is an indirect semiconductor. Sc2N6, Sc2N8, and ScN5 solids are promising high-energy-density materials with calculated volumetric energy density, detonation velocity, and detonation pressure higher than those of TNT.
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