Hochdrucksynthese eines stickstoffreichen Y(N₅)₃·N₂ Pentazolats mit perowskitartiger Topologie

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Aslandukov, Andrii ; Yin, Yuqing ; Bykov, Maxim ; Aslandukova, Alena ; Akbar, Fariia Iasmin ; Lawrence Bright, Eleanor ; Abrikosov, Igor ; Dubrovinskaia, Natalia ; Dubrovinsky, Leonid:
Hochdrucksynthese eines stickstoffreichen Y(N₅)₃·N₂ Pentazolats mit perowskitartiger Topologie.
In: Angewandte Chemie. Vol. 137 (2025) Issue 31 . - e202506334.
ISSN 1521-3757
DOI: https://doi.org/10.1002/ange.202506334

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Die Entdeckung und Stabilisierung des cyclo-N5⁻ Anions hat eine neue Klasse von Pentazolatverbindungen eingeführt, die ein großes Potential als neuartige Materialien mit hoher Energiedichte pro Formeleinheit aufweisen. Dieses Potential kann im Weiteren durch Erhöhung des Pentazolat-zu-Metall-Verhältnisses verbessert werden. Wir berichten in dieser Publikation von einer Hochdruck- und Hochtemperatursynthese zur Darstellung eines neuartigen Yttrium-Pentazolat, Y(N5)3·N2, das ein außerordentlich großes Stickstoff-zu-Metall-Verhältnis von 17:1 aufweist. Die Synthese von Y(N5)3·N2 erfolgte ausgehend von elementarem Yttrium und Stickstoff durch laserinduziertes Heizen bei 3000 K und bei einem Druck von 125 GPa in einer Diamantstempelzelle. Die Kristallstruktur, die ein dreidimensionales Metallpentazolat-Gerüst mit Stickstoffeinschlüssen aufweist, wurde durch in-situ Synchrotron-Einkristall-Röntgenbeugung gelöst und verfeinert. Diese Struktur weist eine perowskitartige Topologie auf, wo die Pentazolatringe vereinfacht als eckenverknüpfte Oktaeder angesehen werden können, wo sich neutrale Stickstoffdimere in den Zentren der aufgespannten Oktaederlücken einlagern, während Yttriumatome verzerrte Kuboktaeder innerhalb des oktaedrischen 3D-Rahmens besetzen. Theoretische Rechnungen mittels Dichtefunktionaltheorie bestätigen die experimentellen Ergebnisse und liefern weitere Einblicke in die Stabilität und Eigenschaften der synthetisierten Verbindung. Y(N5)3·N2 ist das erste Beispiel für die Stabilisierung von drei Pentazolat-Anionen pro Metallkation und übertrifft damit das zuvor erreichte Verhältnis von 1:1. Darüber hinaus schlagen wir eine neue Methode zur Strukturklassifizierung lösungsmittelfreier anorganischer Pentazolate vor, die auf der räumlichen Anordnung ihrer strukturellen Baueinheiten basiert und einen wichtigen Schritt für die systematische Einordnung von Pentazolaten sowie anderen Polynitriden darstellt.