中国科学家实现常压制备聚合氮，为能源存储开辟新途径

中国科学家实现常压制备聚合氮，为能源存储开辟新途径

近日，中国科学院物理研究所和北京凝聚态物理国家研究中心在氮气合成新材料领域取得重大突破。科研团队成功实现了常压条件下聚合氮的制备，解决了长期以来的技术难题。这一突破不仅推动了新材料领域的科技进步，也为未来能源存储和利用提供了新的可能。

聚合氮是含能材料研究的前沿和难点，其能量密度比常规含能材料高一个量级以上。氮气分子由N≡N三键组成，键能约为946kJ/mol，是储存最强化学能的双原子分子之一。理论预测显示，氮分子在高压下将转化为N-N单键组成的具有立方偏转结构的原子晶体，即聚合氮（cg-N），其中N-N单键的键能约为160kJ/mol。由于N-N单键和N≡N三键之间巨大的键能差，当聚合氮转化为氮气时将释放巨大能量，因此聚合氮成为物理学和材料科学基础材料的重要研究对象之一。

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心极端条件物理重点实验室靳常青团队长期致力于高压极端条件新兴高能量密度含能材料的研制。团队设计研发了序列具有自主知识产权的高压、变温、强场综合极端条件材料先进实验装置，可实现低温流体原料封装、高压聚合化制备及多变量耦合的材料生长和表征。

近期，靳常青研究员和张俊副研究员指导硕士研究生陈润滕等人，在聚合氮材料的常压研制上取得重要进展。团队突破了传统超高压聚合路线制备聚合氮材料难以稳定到常规条件的长期技术难题，独辟蹊径提出物理化学结合的“一锅法”聚合技术方案，成功制备了常压条件可稳定回收的具有立方构型的原子氮键合的聚合物。通过高分辨拉曼光谱表征，得到cg-N材料指纹振动谱，标志成功的实现N-N单键组成的cg-N材料。

这一突破性成果为聚合氮的应用开辟了新的可能性。聚合氮作为颠覆性含能材料，其潜在应用包括高能量密度存储、新型推进剂、以及高性能爆炸物等。此外，聚合氮的合成技术还可能为其他极端条件材料的制备提供新的思路和方法。

相关研究工作以“A facile route to synthesize cubic gauche polymeric nitrogen”为题发表在Science Bulletin上，研究生陈润滕为第一作者，靳常青和张俊为共同通讯作者。该研究得到了中国科学院稳定支持项目的资助。

这一重大突破标志着我国在新兴含能材料研究领域迈出了坚实一步，为未来能源存储和利用提供了新的可能性。随着进一步的研究和开发，聚合氮有望在多个领域展现出重要的应用价值。