Une équipe de recherche internationale crée des composés azotés inconnus jusqu'alors
L'étude illustre le grand potentiel, encore inexploité, de la recherche à haute pression pour la chimie de l'azote.
Les nitrures non métalliques sont des composés dans lesquels l'azote et des éléments non métalliques sont liés par des liaisons covalentes. En raison de leurs propriétés technologiquement intéressantes, ils sont de plus en plus au centre de la recherche sur les matériaux. Dans la revue "Chemistry - A European Journal", une équipe internationale avec des chercheurs de l'université de Bayreuth présente des composés phosphore-azote inconnus jusqu'alors, synthétisés sous de très hautes pressions. Ils contiennent des unités structurelles dont l'existence n'a pu être prouvée empiriquement auparavant. L'étude illustre le grand potentiel, encore inexploité, de la recherche à haute pression pour la chimie de l'azote.
Démontrée empiriquement pour la première fois : la structure de PN₂ constituée de PN₆ octahedra.
(c) Dominique Laniel
Tout aussi inhabituelle : la structure, composée de PN₄ tétraèdres, du polymorphe α′-P₃N₅ qui est une modification jusqu'alors inconnue du polynitrure P₃N₅.
(c) Dominique Laniel
Les chercheurs ont réussi à synthétiser une modification jusqu'alors inconnue du nitrure de phosphore P₃N₅, le polymorphe δ-P₃N₅, à une pression de 72 gigapascals. À 134 gigapascals, le nitrure de phosphore PN₂ s'est formé dans la cellule de l'enclume en diamant. Les deux composés sont classés comme des matériaux ultra-incompressibles dont le module apparent est supérieur à 320 GPa. Les chercheurs ont découvert une raison essentielle de cette résistance extrême grâce à des calculs de théorie fonctionnelle de la densité par analyse de diffraction des rayons X par synchrotron : les structures cristallines de δ-P₃N₅ et de PN₂ consistent en un réseau dense d'octaèdres de PN₆ avec un atome de phosphore entouré de six atomes d'azote. Jusqu'à présent, l'existence de ces unités structurelles n'avait été que soupçonnée, mais elles ont été prouvées empiriquement pour la première fois.
Le polymorphe δ-P₃N₅ s'est transformé en une autre modification de P₃N₅, également inconnue jusqu'alors, lorsque la pression de compression a été réduite : à sept gigapascals, le polymorphe α′-P₃N₅ s'est formé. Il s'agit d'un nouveau matériau solide qui reste stable dans des conditions ambiantes normales. La structure cristalline de ce phosphoronitrure est également inhabituelle, puisqu'elle est composée de PN₄ tétraèdres : Un atome de phosphore est situé au centre de ces unités structurelles en forme de pyramide, tandis que les quatre "coins" sont chacun occupés par un atome d'azote. Par rapport au polymorphe bien connu α-P₃N₅, dont la recherche parle déjà comme d'un possible matériau industriel, l'α′-P₃N₅ présente une densité nettement plus élevée. Il est donc considérablement plus dur et potentiellement encore plus attrayant en termes d'applications techniques potentielles.
"L'α′-P₃N₅ formé lors de la décompression du δ-P₃N₅ illustre comment des composés azotés aux propriétés très intéressantes peuvent être découverts via un détour de synthèses à haute pression. D'autres investigations devraient maintenant suivre pour explorer les applications potentielles de ce nouveau matériau. Avec notre publication, nous voulons encourager davantage de recherches à haute pression et à haute température sur les nitrures non métalliques - qui ont été largement négligés par rapport aux nitrures métalliques. De nouvelles études dans ce domaine passionnant peuvent élargir considérablement notre compréhension de la chimie de l'azote. Elles contribueront aussi potentiellement à la découverte de matériaux recyclables pour les produits de tous les jours", déclare la physicienne des cristaux de Bayreuth, le professeur Dr. h.c. Natalia Dubrovinskaia du laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth, qui a coordonné la recherche.
Une coopération internationale
Outre l'Institut bavarois de recherche en géochimie et géophysique expérimentales (BGI) et le laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth, de nombreux autres partenaires de recherche ont participé à cette nouvelle étude : l'Université LMU de Munich, l'université d'Édimbourg, l'université de Linköping, l'université Shandong de Jinan, en Chine, le synchrotron électronique allemand (DESY) de Hambourg, l'Installation européenne de rayonnement synchrotron de Grenoble et le Center for Advanced Radiation Sources de l'université de Chicago.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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