В лаборатории создан «чёрный азот» с перспективами графена

Сегодня мы являемся свидетелями, как учёные пытаются на практике реализовать чудесные свойства относительно недавно синтезированного материала графена. Подобные перспективы обещает и только что синтезированный в лаборатории материал на основе азота, свойства которого намекают на возможность высокой проводимости или на высокую плотность запасаемой энергии.

Алмазная наковальня для создания немыслимого давления

Открытие сделала международная группа учёных на базе Университета Байройта в Германии. Согласно законам химии и физики, один химический элемент способен существовать в виде нескольких различных простых веществ. Например, кислород (O₂) можно превратить в озон (O₃), а углерод ― в графит или алмаз. Такие виды существования одного и того же элемента называются аллотропами. С азотом проблема была в том, что его аллотропов сравнительно мало ― около 15 штук и всего три из них — полимерные модификации. Но теперь найден ещё один полимерный аллотроп этого вещества, получивший название «чёрный азот».

Синим цветом показано строение «чёрного азота»

«Чёрный азот» получен с помощью алмазной наковальни при давлении 1,4 млн атмосфер при температуре 4000 °C. В таких условиях азот приобрёл доселе невиданную структуру ― его кристаллическая решётка стала походить на кристаллическую решётку чёрного фосфора, что дало повод назвать полученное состояние «чёрным азотом». В этом состоянии азот имеет двумерную, хотя и зигзагообразную структуру. Двухмерность намекает, что проводимость азота в таком состоянии может в чём-то повторять свойства графена, что может пригодиться при использовании вещества в электронике.

Команда химиков из Великобритании, Германии и США: Леонид и Наталья Дубровинские, Доминик Ланиэль и Тимофей Федоренко

Кроме того, в новом состоянии атомы азота связаны одинарными связями, которые в шесть раз слабее тройной связи, как в случае обычного атмосферного азота (N₂). Это означает, что возвращение «чёрного азота» в обычное состояние будет сопровождаться выделением значительной энергии, а это — путь к топливу или топливным ячейкам. Но всё это впереди, а пока на этом пути сделан даже не шаг, а так ― посмотрели в замочную скважину и что-то увидели.