Российские ученые ищут способ получить самое энергоемкое вещество

При теоретическом изучении систем гафний-азот и хром-азот российские исследователи из Сколтеха и МФТИ обнаружили необычные с точки зрения современной химии вещества, которые содержат высокоэнергетические группы из атомов азота. Это свидетельствует о способности азота полимеризоваться при гораздо меньших давлениях в присутствии ионов металлов. Таким образом, найден путь для разработки технологий создания новых азотных соединений, в том числе сверхмощной взрывчатки или топлива. 

Нитрид гафния с химической формулой HfN₁₀, фото МФТИ

Конечная цель ученых — чистый полимерный азот. Это уникальное вещество с невероятно большой плотностью запасенной химической энергии, что делает его идеальным топливом или сверхмощной химической взрывчаткой. Такое топливо является экологически чистым, так как продуктом его горения является газообразный азот. При этом полимерному азоту для горения не нужен кислород. Если использовать его как ракетное топливо, то массу ракет-носителей можно было бы уменьшить в 10 раз при сохранении той же полезной нагрузки. 

К сожалению, получение полимерного азота требует огромного давления, что делает массовое производство этого вещества практически нереальным. Но российские ученые показали, что в присутствии ионов металлов азот может полимеризоваться при гораздо меньших давлениях. Это дает надежду на то, что в будущем создание стабильного полимерного азота будет возможным.

Ученые исследовали четыре системы: гафний-азот, хром-азот, хром-углерод и хром-бор и обнаружили несколько новых материалов, которые могут образовываться при относительно невысоком давлении. В том числе материалы с хорошими механическими свойствами в сочетании с высокой электропроводностью. Но наиболее интересная находка ученых – это соединение с формулой HfN₁₀, где на один атом гафния приходится десять атомов азота.  А чем больше атомов азота в химическом соединении, тем больше энергии будет выделяться при взрыве. Таким образом, выясняется, что близкое по свойствам к полимерному азоту химическое соединение  HfN₁₀ можно получить при давлении в пять раз ниже давления, необходимого для синтеза непосредственно полимерного азота. В сочетании с другими элементами азот может полимеризоваться при еще меньших давлениях, а это значит, открывается возможность для массового производства этого типа химических соединений.

Возможность синтезировать высокоэнергетические группы из атомов азота станет новым словом в энергетике и позволит создавать экологически чистое топливо и взрывчатку, которые могут найти применение в разных сферах.