对氮 磷及其邻居的新见解

氮可能是我们呼吸的空气中最常见的元素，但它和元素周期表上附近的元素仍然有很大的谜团有待揭开。

由于加拿大研究主席领导的萨斯喀彻温大学(USask)的独立研究项目，致癌物(包括氮、磷和锑)的性质以及它们如何与其他元素相互作用变得更加清晰。

由USask艺术与科学学院物理学和工程物理学研究员、加拿大同步辐射材料科学研究主席AlexanderMoewes博士(博士)领导的研究小组正在研究一种全新的化合物——可能导致新的材料特性例如超硬度和发光。

“没有一个单一的'本垒打'应用程序，但它是向前迈出的一大步，”Moewes说。

在800oC和比地球正常大气条件高近60,000倍的压力下，路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学(LMU)的研究合作者通过将氮和磷与锗混合在一起，成功地创造了一种前所未见的新化合物-一种坚硬、有光泽的灰色元素，与硅和碳有关。

Moewes的研究团队，包括博士后研究员TristandeBoer博士(PhD)和本科生CodySomers，随后在USask的加拿大光源(CLS)同步加速器的团队光束线上对这种新化合物进行了实验分析，发现它有两个电子它的外壳没有结合——所谓的“孤对”。

这是第一次在氮磷化合物中观察到孤对电子。

“外层电子——或价电子——通常会结合，但这些孤对电子不参与结合，可用于定制材料的特性，”Moewes说。

发表在《德国应用化学》(AngewandteChemie)上的与氮相关的研究通过计算确定，由于孤对，材料结构存在不平衡，使得该化合物在结构上不同于其他所有类似化合物。

“你有这个大的、封闭的通道，就像材料中的一根空稻草，”德布尔说。“在这种情况下，孤对有点稳定它。”

USask团队随后在CLS使用同步加速器光，用X射线轰击该物质以了解其结构，并确认它有一对非键合电子，正如预期的那样。研究结果发表在JournalofMaterialsChemistryA上。

这些发现为开发与地球上最硬材料同类的新型先进材料打开了一扇大门，并有望创造出新的半导体和新的绝缘体，以及利用此类材料独特结构的其他材料.

“圣杯是我们逐渐加深理解，然后我们可以先在计算机上理想地设计材料，然后最终在实验室中实现它们，”Moewes说。

Moewes的研究由加拿大自然科学和工程研究委员会(NSERC)资助，包括Somers的NSERC本科生研究奖，以及加拿大研究主席计划的资助。

锑独树一帜

USask艺术与科学学院的另一个研究团队正在深入研究锑(pnictogen家族的另一个成员)，以加深对基础化学的理解。锑是一种重要的潜在环境毒素——一些锑化合物比砷的毒性更大，并且存在于软饮料瓶中使用的塑料等材料中。

它也可以像第15族中的其他元素(氮、磷和砷)一样，作为一个单独的单元存在而无需链接在一起。氧化锑以前被认为只存在于重复链中，而不是作为单体——一个独立的分子。

“这是以前没有观察到的东西-直到现在，锑是pnictogens中的异常值，”加拿大X射线吸收光谱学研究主席USask地质科学研究员GrahamGeorge博士(哲学博士)说。“观察对于理解群体趋势的化学反应非常重要。”

George的合作者TimothyJohnstone博士(博士)和研究生JohnWenger在加州大学圣克鲁斯分校的实验室中创建了单体形式——一种带有黄色色调的固体白色物质。

从加州大学圣克鲁斯分校，这种物质被包裹在一个特别设计的碳碗中——一个防止单体结合在一起的陷阱——并被运送到斯坦福大学的同步加速器，由乔治和研究生莫妮卡翁进行X射线吸收分析。

George研究的下一步涉及使用不同的同步加速器技术对锑基化合物进行更深入的分析，以更好地了解它们的电子结构。

George的研究得到了加拿大研究主席计划、萨斯喀彻温大学(GNG)、美国能源部基础能源科学计划、美国国立卫生研究院和国家科学基金会的支持。