发现有前景的氮化物化合物的合成途径

Ruddlesden-Popper 化合物是一类具有特殊层状结构的材料，这使得它们具有多种应用前景，例如用作超导体或催化剂，或用于光伏电池。此前，这种结构类型的卤化物和氧化物已经很多，但氮化物却从未出现过。尽管科学家预计 Ruddlesden-Popper 氮化物将具有出色的材料特性，但他们无法真正制造出它们。

现在，慕尼黑大学化学系 Simon Kloß 博士领导的研究人员开发了一种特殊的合成途径，使他们能够制造出以 Ruddlesden-Popper 结构类型结晶的氮化物材料。这项研究发表在《自然化学》杂志上。

氮的稳定性带来挑战

氮分子(N 2 )中三键的稳定性和该元素的低电子亲和力使得合成富氮Ruddlesden-Popper氮化物对化学家来说非常具有挑战性。他们在极端条件下进行合成，取得了突破。

他们采用大容量压机，以 8 千兆帕(相当于 80,000 巴)的压力压缩样品。然后，他们使用叠氮化钠等活性氮源来制备稀土过渡金属氮化物化合物。

Kloß 表示：“我们认为，我们可以利用新的合成策略系统地研究 Ruddlesden-Popper 氮化物化合物。”科学家们通过研究这种材料类别的三种新化合物证明了这一点——铈钽氮化物 (Ce 2 TaN 4 ) 以及镨和钕铼氮化物 (Ln 2 ReN 4 (Ln = Pr, Nd))。

“这三种初始材料已经表现出丰富多样的结构、电子和磁性，”Kloß 说。

镨和钕化合物表现出令人兴奋的磁特性。例如，钕化合物是一种具有不可逆磁性的非凡硬铁磁体。此外，钽化合物是一种半导体，其特性使其在能源转换领域或作为铁电材料的应用方面令人兴奋。

“同样的合成方法可能会产生其他 Ruddlesden-Popper氮化物化合物及其衍生物，”Kloß 解释道。“因此，一大类新的氮化物正在等待研究。”