I materiali ad alta densità di energia (HEDM) sono fondamentali in varie applicazioni grazie alle loro prestazioni energetiche superiori, che includono elevata velocità di detonazione, pressione di detonazione e capacità di accumulo di energia. La loro applicazione nell'esplorazione spaziale come propellenti per razzi e nella difesa come esplosivi è di fondamentale importanza per la società moderna.

Le proprietà chimiche uniche di questi materiali, come la capacità di immagazzinare grandi quantità di energia in un volume relativamente piccolo, li rendono indispensabili per il progresso tecnologico in aree che richiedono risultati ad alta potenza e soluzioni compatte di stoccaggio dell'energia.

I composti contenenti azoto sono tra le scelte più efficaci per gli HEDM. La capacità dell'azoto di formare vari legami stabili ed energeticamente favorevoli di diverso ordine, singolo N-N, doppio N=N o triplo N≡N, consente la sintesi di un'ampia gamma di composti con proprietà personalizzate.

I materiali ricchi di azoto sono in grado di rilasciare un'enorme quantità di energia durante la decomposizione o la combustione (quando i legami singoli vengono sostituiti da tripli), rendendoli altamente efficaci come propellenti ed esplosivi. La decomposizione dei composti contenenti azoto porta spesso alla formazione di azoto gassoso (N₂ ), che è un prodotto stabile, inerte e rispettoso dell'ambiente.

Per padroneggiare gli HEDM, il peso molecolare è un parametro molto importante:più leggeri sono gli elementi che formano un solido, maggiore è la densità di energia gravimetrica del composto. Poiché lo scandio è il metallo di transizione più leggero, i suoi polinitruri (composti contenenti numerosi atomi di azoto con legame singolo) sono particolarmente promettenti come HEDM, come previsto in molti studi computazionali. Tuttavia, finora i polinitruri di scandio erano sconosciuti.

I ricercatori dell'Università di Bayreuth riferiscono di quattro nuovi nitruri di scandio, Sc₂ N₆ , Sc₂ N₈ , ScN₅ e Sc₄ N₃ , nella rivista Nature Communications .

"Le due nuove unità di azoto catenato N66 e N86 ottenute in questo studio espandono significativamente l'elenco degli oligomeri di azoto anionici che forniscono un notevole contributo alla comprensione fondamentale della chimica dell'azoto ad alta pressione", afferma il Ph.D. lo studente Andrey Aslandukov, primo autore dell'articolo.

"Sc₂ sintetizzato N₆ , Sc₂ N₈ e ScN₅ i solidi promettono materiali ad alta densità di energia con densità di energia volumetrica calcolata, velocità di detonazione e pressione di detonazione fino a tre volte superiori a quelle del comune trinitrotoluene (TNT) degli esplosivi. La chimica ad alta pressione dimostra l'esistenza e la diversità dei polinitruri, aprendo prospettive per le loro applicazioni nella scienza e nella tecnologia", afferma il prof. Leonid Dubovinsky.