中国高能立方氮突破！或带来革命性超级炸药和超能火箭燃料

中国科学家取得一项重要突破，在常压下合成了类似金刚石三维结构的立方氮（cg-N）。为什么这很重要？因为这家伙能量密度超高，释放速度超快，关键是还只产生氮气，可能成为未来“环保”超级炸药和超能火箭燃料极具潜力的热门候选。这项研究已发表在9月27日《科学进展》杂志上。

氮气，大家都熟的不能再熟了，占了地球空气的78%，我们每一分每一秒从内到外都要和它亲密接触，除非你停止呼吸了。这些氮气都是以氮分子（N₂）的形式存在，两个氮原子通过特别牢固的三键连接在一起，可以说普通氮气就是个人畜无害的“稳重派”，根本没啥能量可以爆发。

然而这绝对是个假象，是氮元素的可怕伪装，因为这家伙本质上是个不折不扣的“火爆派”，绝大多数炸药都和它密切相关，比如TNT、硝酸铵、黑索金、奥托今等。

这是因为氮元素与其他元素结合时，尤其是氮氮单键和三键之间能量差巨大，一旦打破这些键，就会猛烈释放出能量，导致生成的氮气急剧膨胀，产生剧烈的爆炸效应。

不过，即便这些炸药中有氮的存在，还算不上是氮的“完全形态”，如果让氮原子们自己“玩单键”，储存的能量将更为可怕。然而要制造这样的氮可不容易，长期以来，科学家一直尝试合成能量密度更高的立方氮，但都需要在极高的压力下，或在常压下采用剧毒的前驱体才能合成痕量的cg-N。

中科院合肥固体物理研究所的团队从第一性原理出发，采用叠氮化钾为前驱体，基于自主研建的等离子体增强化学气相沉积装置，经过4年的攻关，终于在常压下成功合成出了立方氮，并且可以简单高效地大量制备。

测量结果显示，立方氮的热分解温度为488℃，与理论预测的477℃相符。

更令人兴奋的是，它的密度高达 3.401 g/cm³，而能量密度达到 10.29 kJ/g，是TNT的两倍多。这意味着同体积的立方氮比TNT的能量密度高出约5倍，可以在更小空间内储存更多能量。这不仅可能大幅提升炸药威力，还可能让火箭飞得更远、更快，载荷更多。

最重要的是，立方氮的分解产物只有氮气，环保到极致。这是不是意味着一场能量革命的开始呢？我们每天呼吸的氮气，原来还有这样一副“炸裂”的面孔，想想是不是觉得很可怕？

参考文献：

Yuxuan Xu, Guo Chen, Xianlong Wang. Free-standing cubic gauche nitrogen stable at 760 K under ambient pressure. Science Advances, 27 Sep 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adq5299.

翟航, 杨锦坭, 王建云, 等. 高压下主族金属富氮化合物的结构与含能特性[J]. 高压物理学报, 2024, 38(4):040101. DOI: 10.11858/gywlxb.20230810

Tao Yu, Wei-Peng Lai, Ying-Zhe Liu, Bo Wu, Zhong-Xue Ge, Jian-Hua Bu. The outlook for platonic and cubic gauche nitrogens. Computational Materials Science, 2016. DOI: 10.1016/j.commatsci.2016.06.003.