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Nitruro di arsenico, un nuovo cristallo apre la strada all’innovazione nel settore dell’energia

di Redazione -


Uno studio internazionale scopre un nuovo cristallo del nitruro di arsenico. In questo modo, il mondo della ricerca apre la strada all’innovazione nel settore dell’energia, come nel campo dei materiali termoelettrici e di quelli a bassissima conduttività termica, con nuove prospettive per lo sviluppo di questi sistemi ad alta pressione.

Un gruppo di ricerca internazionale, coordinato dall’Istituto di chimica dei composti organometallici del Cnr di Sesto Fiorentino ha sintetizzato, per la prima volta, un nitruro di arsenico cristallino dalla reazione di arsenico e azoto ad alta pressione e alta temperatura. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Angewandte Chemie International Edition.

Generando condizioni di altissima pressione e temperatura (300mila volte la pressione atmosferica e circa 1200 °C), ottenute mediante strumenti chiamati celle ad incudine di diamante in combinazione con tecniche di riscaldamento laser, i ricercatori dell’Istituto di chimica dei composti organometallici del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iccom), dell’European laboratory for non-liner spectroscopy (Lens) di Sesto Fiorentino, dell’European synchrotron radiation facility (Esrf) di Grenoble e dei Dipartimenti di chimica dell’Università di Firenze e Pavia, sono riusciti ad indurre una reazione chimica tra arsenico e azoto molecolare  in assenza di solventi o catalizzatori e a sintetizzare per la prima volta un nitruro di arsenico cristallino di formula chimica AsN.

Cosa ne è uscito? Il cristallo ottenuto ha caratteristiche simili a quelle di una forma di azoto chiamata cubic-gauche nitrogen (cg-N), costituita da un reticolo cristallino di atomi di azoto. Questa forma di azoto è uno dei materiali a più alta densità di energia e ha attirato un notevole interesse in ambito energetico per potenziali applicazioni come esplosivo o propellente sia in ingegneria aerospaziale che nel campo della mobilità sostenibile a basso impatto ambientale. Ciò perché il rilascio di energia avviene attraverso la decomposizione in molecole di N2, che costituiscono naturalmente circa l’80% dell’atmosfera terrestre.  Una scoperta di rilievo: finora non era stato possibile recuperare questo materiale a condizioni ambiente.

“La struttura del cristallo di nitruro di arsenico che abbiamo sintetizzato – dice Matteo Ceppatelli, ricercatore del Cnr-Iccom che ha coordinato la ricerca – ci ha permesso di scoprire come nel cristallo di AsN siano presenti caratteristici motivi strutturali, con importanti implicazioni per la stabilità del sistema. Le condizioni identificate nel nostro studio, per quanto ancora lontane dalle possibilità delle attuali tecnologie industriali, risultano tuttavia enormemente più basse delle condizioni estreme di pressione e temperatura richieste per la sintesi di cg-N e ci lasciano quindi intravedere la possibilità di sintetizzare in futuro quantità macroscopiche di questo cristallo per ulteriori studi”.


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