Des composés à base d'azote découverts comme nouveaux matériaux de stockage d'énergie à haute performance
"La chimie à haute pression démontre l'existence et la diversité des polynitrures, ouvrant des perspectives pour leurs applications en science et en technologie"
Des chercheurs de l'université de Bayreuth ont synthétisé dans des conditions extrêmes des polynitrures de scandium uniques, présentant une chimie exotique et des applications potentielles en tant que matériaux à haute densité énergétique. Leurs résultats sont publiés dans la revue "Nature Communications".
Pression de détonation des polynitrures de scandium synthétisés à haute pression et leurs unités structurelles oligo- et poly-azotées caractéristiques, responsables de la propriété de haute densité énergétique des composés.
University of Bayreuth
Les matériaux à haute densité énergétique (HEDM) sont essentiels dans diverses applications en raison de leurs performances énergétiques supérieures, qui comprennent une vitesse et une pression de détonation élevées, ainsi qu'une capacité de stockage de l'énergie. Leur application dans l'exploration spatiale en tant que propulseurs de fusées et dans la défense en tant qu'explosifs est d'une importance cruciale pour la société moderne. Les propriétés chimiques uniques de ces matériaux, telles que la capacité de stocker de grandes quantités d'énergie dans un volume relativement petit, les rendent indispensables pour faire progresser la technologie dans des domaines nécessitant des puissances élevées et des solutions de stockage d'énergie compactes.
Les composés contenant de l'azote font partie des choix les plus efficaces pour les HEDM. La capacité de l'azote à former diverses liaisons stables et énergétiquement favorables de différents ordres, simple N-N, double N=N ou triple N≡N, permet la synthèse d'une large gamme de composés aux propriétés adaptées. Les matériaux riches en azote sont capables de libérer une énorme quantité d'énergie lors de la décomposition ou de la combustion (lorsque les liaisons simples sont remplacées par des liaisons triples), ce qui les rend très efficaces en tant que propulseurs et explosifs. La décomposition des composés azotés aboutit souvent à la formation d'azote gazeux (N2), un produit stable, inerte et respectueux de l'environnement.
Pour maîtriser les HEDM, le poids moléculaire est un paramètre très important : plus les éléments formant un solide sont légers, plus la densité d'énergie gravimétrique du composé est élevée. Le scandium étant le métal de transition le plus léger, ses polynitrures (composés contenant de nombreux atomes d'azote à liaison unique) sont particulièrement prometteurs en tant que HEDM, comme l'ont prédit de nombreuses études computationnelles. Cependant, les polynitrures de scandium étaient jusqu'à présent inconnus.
Des chercheurs de l'université de Bayreuth présentent quatre nouveaux nitrures de scandium, Sc2N6, Sc2N8, ScN5 et Sc4N3. "Les deux nouvelles unités d'azote caténaires N66- et N86- obtenues dans cette étude élargissent considérablement la liste des oligomères d'azote anioniques qui apportent une contribution remarquable à la compréhension fondamentale de la chimie de l'azote sous haute pression", déclare l'étudiant en doctorat Andrey Aslandukov, premier auteur de l'article.
"Les solides Sc2N6, Sc2N8 et ScN5 synthétisés sont des matériaux prometteurs à haute densité énergétique dont la densité énergétique volumétrique, la vitesse de détonation et la pression de détonation calculées sont jusqu'à trois fois supérieures à celles des explosifs courants que sont le trinitrotoluène (TNT). La chimie à haute pression démontre l'existence et la diversité des polynitrides, ce qui ouvre des perspectives pour leurs applications scientifiques et technologiques", déclare le professeur Leonid Dubovinsky.
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.
Publication originale
Andrey Aslandukov, Alena Aslandukova, Dominique Laniel, Saiana Khandarkhaeva, Yuqing Yin, Fariia I. Akbar, Stella Chariton, Vitali Prakapenka, Eleanor Lawrence Bright, Carlotta Giacobbe, Jonathan Wright, Davide Comboni, Michael Hanfland, Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky; "Stabilization of N6 and N8 anionic units and 2D polynitrogen layers in high-pressure scandium polynitrides"; Nature Communications, Volume 15, 2024-3-12
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