聚合氮是氮原子在超高温高压条件下形成的具有三维连续结构的全氮材料,理论预测其具有立方偏转(cg-N)、层状黑磷(BP-N)和链状等结构,能量达到8倍TNT当量以上。2004年,德国Max Plack研究所首次在110GPa、2000K下制备出cg-N; 2014年,美国华盛顿州立大学在150GPa、2000K下发现了一种层状聚合氮(LP-N); 2019年,法国原子能与替代能源委员会军事应用实验室在250GPa、3000K下发现了另一种六方层状聚合氮(HLP-N)。而BP-N多年来一直未在实验上取得进展。

最近,德国Bayreuth大学(2020 Phys. Rev. Lett. 124, 216001)、北京高压科学研究中心与加拿大Saskatchewan大学国际合作团队(2020 Science Advances 6 eaba9206)以及西安近代化学研究所(http://doi.org/10.1088/1674-1056/aba9bd)相继在BP-N的制备上取得突破。BP-N与黑磷的晶体结构类似,具有褶皱蜂窝层状结构。BP-N的合成需要超过130万大气压与2200K的极端条件,经拉曼光谱测试表明,特征峰及其随压力变化的曲线与计算模拟结果相符。理论计算表明,BP-N在稳定压力区间内能量水平略高于cg-N,是性能优良的颠覆性含能材料。BP-N的成功制备在认识全氮结构的高压相变规律、调控聚合氮的结构和性能等方面具有重要意义。