Onderzoekers van de Universiteit van Bayreuth hebben nieuwe inzichten verworven op het gebied van hogedrukkoolstofchemie:ze synthetiseerden twee nieuwe carbiden – verbindingen van koolstof en een ander chemisch element – ​​met unieke structuren. De resultaten kunnen een onverwachte verklaring bieden voor de wijdverbreide verspreiding van polycyclische aromatische koolwaterstoffen in het universum. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Carbiden zijn verbindingen van koolstof en een ander chemisch element. De nieuw gesynthetiseerde carbiden lijken op metaal-organische verbindingen en kunnen nieuw inzicht bieden in het gedrag van complexe koolstofstructuren onder extreem hoge drukken en hoge temperaturen.

Het mogelijke bestaan ​​of de vorming van dergelijke verbindingen onder omstandigheden in het binnenste van planeten kan belangrijke implicaties hebben voor de geowetenschappen en de astrobiologie, aangezien zij de oorsprong kunnen zijn van koolwaterstoffen en een rol kunnen spelen bij het ontstaan ​​van leven.

Onder leiding van prof. dr. Leonid Dubrovinsky van het Beierse Geo-instituut en prof. dr. Natalia Dubrovinskaia van het Laboratorium voor Kristallografie van de Universiteit van Bayreuth onthult het onderzoek naar de nieuwe koolstofverbindingen dat ze structurele elementen hebben die vergelijkbaar zijn met die van complexe organische verbindingen. moleculen, maar zijn gedeprotoneerd (d.w.z. bevatten geen waterstof).

Om dit te bereiken gebruikten de onderzoekers diamanten aambeeldcellen die de kleine calciumcarbidekristallen samenpersten tot een druk in het driecijferige gigapascalbereik en ze tegelijkertijd verwarmden tot temperaturen van ongeveer 3000 ° C. Deze omstandigheden komen overeen met die op een diepte van 2.900 km in het binnenste van de aarde. De verandering in druk en temperatuur zorgde ervoor dat het calciumcarbide twee nieuwe carbiden vormde:hogedrukpolymorf van CaC₂ en Ca₃ C₇ .

Hoewel de hogedrukpolymorf van CaC₂ heeft dezelfde chemische samenstelling als het uitgangsmateriaal, maar verschilt ervan in de ruimtelijke rangschikking van de atomen en in zijn chemische eigenschappen. De polymorf bezit koolstofketens die kunnen bestaan ​​onder omstandigheden die veel verder gaan dan de omstandigheden die bekend zijn vanwege het bestaan ​​van conventionele organische verbindingen.

De vorming van dergelijke verbindingen onder de omstandigheden in het binnenste van planeten zou zelfs een rol kunnen hebben gespeeld bij het ontstaan ​​van leven, omdat zij de oorsprong van koolwaterstoffen zouden kunnen zijn.

De verbinding met de chemische formule Ca₃ C₇ is nog nooit eerder waargenomen, zodat de synthese en structuuropheldering ervan een belangrijke stap voorwaarts betekenen in het begrijpen van het gedrag van op koolstof gebaseerde materialen onder extreme omstandigheden.

Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, de hoofdonderzoeker van de studie, legde uit:“Onze bevindingen verleggen niet alleen de grenzen van de bekende koolstofchemie, maar bieden ook een nieuw perspectief op hoe complexe koolstofstructuren zouden kunnen bestaan ​​in de diepe aarde en mogelijk ook in andere planetaire structuren.” lichamen."

"De overeenkomsten tussen deze hogedrukcarbiden en gedeprotoneerde metaal-organische verbindingen openen opwindende mogelijkheden voor het ontwerpen van nieuwe materialen met unieke elektronische, magnetische en optische eigenschappen", voegde prof. dr. Natalia Dubrovinskaia toe.

Meer informatie: Saiana Khandarkhaeva et al, Uitbreiding van de koolstofchemie onder hoge druk door synthese van CaC₂ en Ca₃ C₇ met gedeprotoneerde polyaceen- en para-poly(indenoindeen)-achtige nanolinten, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47138-2

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door de Universiteit van Bayreuth