Pesquisadores usam compostos à base de nitrogênio como novos materiais de armazenamento de energia de alto desempenho
Pressão de detonação dos polinitretos de escândio de alta pressão sintetizados e suas unidades estruturais características de oligo e polinitrogênio, responsáveis pela propriedade de alta densidade de energia dos compostos. Crédito:UBT Pesquisadores da Universidade de Bayreuth sintetizaram polinitretos de escândio exclusivos sob condições extremas, com química exótica e aplicações potenciais como materiais de alta densidade energética.
Materiais de alta densidade de energia (HEDMs) são essenciais em diversas aplicações devido ao seu desempenho energético superior, que inclui alta velocidade de detonação, pressão de detonação e capacidade de armazenamento de energia. A sua aplicação na exploração espacial como propulsores de foguetes e na defesa como explosivos é de importância crítica para a sociedade moderna.
As propriedades químicas únicas destes materiais, tais como a capacidade de armazenar grandes quantidades de energia num volume relativamente pequeno, tornam-nos indispensáveis para o avanço da tecnologia em áreas que requerem saídas de alta potência e soluções compactas de armazenamento de energia.
Os compostos contendo nitrogênio estão entre as escolhas mais eficazes para HEDMs. A capacidade do nitrogênio de formar várias ligações estáveis e energeticamente favoráveis de diferentes ordens, simples NN, duplo N=N ou triplo N≡N, permite a síntese de uma ampla gama de compostos com propriedades personalizadas.
Os materiais ricos em nitrogênio são capazes de liberar uma enorme quantidade de energia durante a decomposição ou combustão (quando as ligações simples são substituídas por triplas), tornando-os altamente eficazes como propulsores e explosivos. A decomposição de compostos contendo nitrogênio geralmente resulta na formação de gás nitrogênio (N2 ), que é um produto estável, inerte e ecologicamente correto.
Para dominar os HEDMs, o peso molecular é um parâmetro muito importante:quanto mais leves forem os elementos que formam um sólido, maior será a densidade de energia gravimétrica do composto. Como o escândio é o metal de transição mais leve, seus polinitretos (compostos contendo numerosos átomos de nitrogênio com ligação simples) são especialmente promissores como HEDMs, como foi previsto em muitos estudos computacionais. No entanto, até agora os polinitretos de escândio eram desconhecidos.
Pesquisadores da Universidade de Bayreuth relatam quatro novos nitretos de escândio, Sc2 N6 , Sc2 N8 , ScN5 e Sc4 N3 , na revista Nature Communications .
"As duas novas unidades de nitrogênio catenadas N66- e N86- obtidas neste estudo expandem significativamente a lista de oligômeros de nitrogênio aniônicos que fazem uma contribuição notável para a compreensão fundamental da química do nitrogênio sob alta pressão", diz Ph.D. estudante Andrey Aslandukov, primeiro autor do artigo.
"Sintetizado Sc2 N6 , Sc2 N8 e ScN5 os sólidos são materiais promissores de alta densidade de energia com densidade de energia volumétrica calculada, velocidade de detonação e pressão de detonação até três vezes maior do que os explosivos comuns trinitrotolueno (TNT). A química de alta pressão demonstra a existência e diversidade dos polinitretos, abrindo perspectivas para suas aplicações em ciência e tecnologia", diz o Prof. Leonid Dubovinsky.
