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近日，马琰铭院士团队在高压NaCl层状结构中氮分子插层与聚合研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Observation of Molecular and Polymeric Nitrogen-Filled NaCl Layers”为题，于2026年7月27日在线发表在《Journal of the American Chemical Society》。

图1.高压实验制备NaCl(N₂)₂

作为海水中含量最丰富的盐以及生物体必需的营养物质，NaCl的晶体结构、相变行为及化学性质一直是高压物理与化学领域的重要研究对象。常压下，Na+与Cl-之间强的静电相互作用使NaCl难以参与氧化或还原反应，表现出化学惰性。然而，高压环境通过缩短原子间距和改变电荷分布，能够激活NaCl的反应活性。例如，在高压下NaCl能与Cl₂反应生成具有非常规化学计量比的稳定化合物，如Na₃Cl和NaCl₃等。近期的理论预测表明，高压下H₂、N₂、H₂O、NH₃、CH₄和C₂H₆等小分子可以与NaCl反应。其中，NaClH₂已经成功被实验合成，证实了这一策略的可行性。然而，H₂分子的尺寸较小，未能明显改变NaCl主体结构。相比之下，尺寸更大的N₂分子有望对NaCl框架产生更强的结构调控作用，为获得新结构和新性质提供可能。

本工作中，周密教授等人采用高温高压合成技术，以NaCl和N₂作为前驱物，在约50 GPa、2000 K的条件下成功合成了一种由N₂分子填充于NaCl层间的新型层状杂化盐NaCl(N₂)₂。进一步研究发现，该体系在更高压强（130 GPa）下能够发生分子氮向聚合氮链的转变，形成由聚合氮链填充于NaCl层间的NaClN₄结构。NaCl(N₂)₂由NaCl层与层间N₂分子构成，形成二维层状结构。该结果展示了一种不同于传统金属衬底外延生长二维NaCl层的方法。同时，刘寒雨教授与田艺帆博士针对该体系开展了系统的第一性原理计算，揭示了NaCl(N₂)₂的电子结构及高压下的演化过程。计算结果表明，NaCl(N₂)₂在50 GPa下是一种带隙为3.3 eV的间接带隙半导体。在更高压强（130 GPa）下，实验与理论计算均表明NaCl层间的N₂分子进一步聚合，形成无限锯齿形氮链，观察到了NaCl层间由分子氮向聚合氮链的转变。该研究不仅拓展了高压杂化盐的结构类型，也为利用高压机械化学和化学预压缩策略合成聚合氮材料提供了新的思路。

图2. NaCl(N₂)₂结构的XRD表征。

(a) 50 GPa下(NaCl)1-xNx体系形成焓随x的变化关系。红色星号表示NaCl(N₂)₂为热力学稳定相。(b) 激光加热后60 GPa下NaCl–N₂混合物的同步辐射X射线衍射图谱（样品编号：60-LHDAC-01-B；采用B作为激光吸收材料），以及NaCl(N₂)₂、NaCl和N₂的Rietveld精修结果（λ = 0.4141 Å，BL10XU线站）。上方插图显示了原始XRD图谱的二维衍射强度随方位角的分布图。黑色空心圆、红色实线和蓝色实线分别表示实验观测数据、Rietveld拟合曲线和差值曲线。(c) 理论预测的NaCl(N₂)₂（60 GPa，插图I）和NaClN₄（130 GPa，插图II）的晶体结构。(d) NaCl(N₂)₂和NaCl的体积随压强变化关系。蓝色三角形和蓝色实线分别表示NaCl(N₂)₂的实验数据和拟合曲线，蓝色虚线表示理论计算结果；红色符号和红色实线分别表示NaCl的实验数据和拟合曲线。其中，样品51-LHDAC-01-B（λ = 0.4146 Å，BL10XU线站）和55-LHDAC-01-B（λ = 0.6199 Å，BL15U1线站）采用B作为激光吸收材料；样品51-LHDAC-02-Ir（λ = 0.4146 Å，BL10XU线站）和50-LHDAC-01-Ir（λ = 0.6199 Å，BL15U1线站）采用Ir作为激光吸收材料。

本文第一作者为av网站 2024级博士研究生宁萍，共同第一作者为av网站 博士研究生田艺帆与av网站 刘广韬教授；通讯作者为北京高压科学研究中心胡清扬研究员、av网站 刘寒雨教授、av网站 周密教授及浙江大学马琰铭院士。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划及中央高校青年教师科研创新能力支持项目的资助，并获得了上海同步辐射光源（SSRF）与日本同步辐射光源（SPring-8）的实验支持。

论文全文链接：

//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c09875