Wetenschap
Een universele insertie van verschillende moleculen in ionische kristallen onder hoge druk
Een internationaal team heeft een verrassende universele neiging onthuld om onder hoge druk stabiele hybride verbindingen te vormen.
De hybride materialen, die bestaan uit anorganische componenten en kleine moleculen (SM), hebben intensieve aandacht gekregen vanwege hun unieke chemische structuur, fysische eigenschappen en potentiële toepassingen. Deze unieke kenmerken brengen echter ook uitdagingen met zich mee voor de materiaalsynthese, karakterisering en het fundamentele begrip van hun chemisch gedrag. Hoge druk heeft bewezen een krachtig hulpmiddel te zijn voor het synthetiseren van nieuwe materialen.
Onder deze omstandigheden kunnen de chemische eigenschappen van elementen en de sterkten van de homonucleaire en heteronucleaire bindingen drastisch veranderen, wat leidt tot de vorming van veel atypische verbindingen met niet-intuïtieve samenstellingen en structuren.
Het team combineerde kristalstructuurzoeksimulaties op basis van het zwermintelligentie-algoritme zoals geïmplementeerd in het CALYPSO-programma en ab initio totale energie- en krachtberekeningen om systematisch de reactiviteit van veel covalent gebonden moleculen zoals H2 te onderzoeken. , H2 O, NH3 , CH4 , en CO2 met NaCl, een prototype van een ionische vaste verbinding.
Uit de berekeningen blijkt dat deze moleculen, ongeacht of ze homonucleair of heteronucleair, polair of niet-polair, klein of groot zijn, allemaal kunnen reageren met NaCl en onder verhoogde druk thermodynamisch stabiele verbindingen kunnen vormen. Verrassend genoeg presenteren deze moleculen zich als ingevoegde eenheden en behouden ze hun chemische integriteit in de nieuwe hybride verbindingen.
Ze vertonen geen sterke chemische interacties met de omringende Na- en Cl-ionen, ondanks het feit dat sommige moleculen chemisch zeer actief zijn. Het meest stabiele molecuul van alle bestudeerde voorbeelden is daarentegen N2 , blijkt te transformeren in cyclo-N5 − anionen terwijl ze reageren met NaCl onder hoge druk. Het biedt een nieuwe route voor de synthese van pentazolaten, veelbelovende groene energiematerialen met een hoge energiedichtheid.
Dit onderzoek biedt niet alleen een nieuwe route om nieuwe hybride materialen te verkrijgen, maar levert ook belangrijke informatie op voor het begrip van de interne structuur en dynamiek van veel reuzenplaneten. Deze planeten bestaan uit zowel covalent gebonden moleculen als vaste mineralen, gescheiden in verschillende lagen met grote verspreide gebieden. De chemische interacties tussen hun moleculaire en vaste stofsamenstellingen bepalen hun structuur en dynamiek.
Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift National Science Review .
Het onderzoeksteam bestond uit prof. Feng Peng van de Luoyang Normal University, profs. Yanming Ma en Hanyu Liu van Jilin University, prof. Chris Pickard van Cambridge University en prof. Maosheng Miao van de staat Californië. Universiteit Northridge