Нитриды неметаллов представляют собой соединения, в которых азот и неметаллические элементы связаны ковалентными связями. Из-за своих интересных с технологической точки зрения свойств они все чаще становятся предметом исследования материалов. В журнале Chemistry — A European Journal международная группа исследователей из Байройтского университета представляет ранее неизвестные соединения фосфора и азота, синтезированные при очень высоких давлениях.

Они содержат структурные единицы, существование которых ранее не могло быть доказано эмпирически. Исследование иллюстрирует большой, но еще не использованный потенциал исследований высокого давления в области химии азота.

Исследователям удалось синтезировать ранее неизвестную модификацию нитрида фосфора P3N5, полиморф δ-P3N5, при давлении 72 гигапаскаля. При 134 гигапаскалях в ячейке алмазной наковальни образовался нитрид фосфора PN₂. Оба соединения относятся к ультранесжимаемым материалам с объемным модулем выше 320 ГПа.

Исследователи обнаружили ключевую причину этой чрезвычайной прочности с помощью синхротронного рентгеновского дифракционного анализа и расчетов теории функционала плотности: кристаллические структуры δ-P₃N₅ и PN₂ состоят из плотной сети октаэдров PN₆ с атомом фосфора, окруженным шестью атомами азота . До сих пор о существовании этих структурных единиц только подозревали, а теперь они впервые эмпирически доказаны.

Полиморф δ-P3N5 трансформировался в другую, также ранее неизвестную модификацию P3N5 при снижении давления сжатия: при семи гигапаскалях образовался полиморф α’-P3N5. Это новый твердый материал, который остается стабильным при нормальных условиях окружающей среды. Кристаллическая структура этого фосфоронитрида также необычна, поскольку состоит из тетраэдров PN₄: атом фосфора расположен в центре этих пирамидальных структурных единиц, а каждый из четырех «углов» занят атомом азота.

По сравнению с известным полиморфом α-P3N5, который уже обсуждается в исследованиях как возможный промышленный материал, α′-P3N5 имеет значительно более высокую плотность. Поэтому он значительно сложнее и потенциально даже более привлекателен с точки зрения потенциальных инженерных приложений.

«α’-P3N5, образующийся при декомпрессии δ-P3N5, служит примером того, как соединения азота с очень интересными свойствами могут быть обнаружены в обход синтеза под высоким давлением. Теперь должны последовать дальнейшие исследования для изучения потенциальных применений этого нового материала. С нашей публикацией , мы хотим поощрять больше исследований нитридов неметаллов при высоких давлениях и температурах, которыми в значительной степени пренебрегали по сравнению с нитридами металлов Новые исследования в этой захватывающей области могут значительно расширить наше понимание азотахимия. Они также потенциально будут способствовать открытию перерабатываемых материалов для повседневных продуктов», — говорит физик-кристалл из Байройта, профессор, доктор наук Наталья Дубровинская из Лаборатории кристаллографии Университета Байройта, которая координировала исследование.