在高压下将各种分子普遍插入离子晶体中

发布时间：2024-03-27 17:18:46 栏目：生活

导读 由无机成分和小分子(SM)组成的杂化材料由于其独特的化学结构、物理性能和潜在的应用而受到广泛关注。然而，这些独特的特性也给材料合成、表...

由无机成分和小分子(SM)组成的杂化材料由于其独特的化学结构、物理性能和潜在的应用而受到广泛关注。然而，这些独特的特性也给材料合成、表征以及对其化学行为的基本理解带来了挑战。高压已被证明是合成新材料的强大工具。在这些条件下，元素的化学性质以及同核和异核键的强度可能发生巨大变化，导致形成许多具有非直观组成和结构的非典型化合物。



由洛阳师范大学冯鹏教授、教授组成的国际团队。吉林大学的马彦明和刘汉宇、剑桥大学的 Chris Pickard 教授和加州州立大学北岭分校的苗茂盛教授揭示了在高压下形成稳定杂化化合物的惊人普遍倾向。

该团队将基于 CALYPSO 程序中实现的群体智能算法的晶体结构搜索模拟与从头计算总能量和力计算相结合，系统地研究了许多共价键分子(例如 H 2、H 2 O、NH 3 )的反应性、CH 4和CO 2与NaCl(一种原型离子固体化合物)。计算表明，这些分子，无论是同核还是异核、极性还是非极性、小还是大，都可以与氯化钠反应，在高压下形成热力学稳定的化合物。令人惊讶的是，这些分子以插入单元的形式存在，并在新的杂化化合物中保持其化学完整性。尽管某些分子的化学性质非常活跃，但它们与周围的 Na 和 Cl 离子没有表现出强烈的化学相互作用。相比之下，所有研究实例中最稳定的分子 N 2被发现在高压下与 NaCl 反应时转化为环 N 5 -阴离子。它为合成五唑酯提供了一条新路线，五唑酯是一种有前景的高能量密度绿色能源材料。

除了提供获得新型混合材料的新途径外，这项研究还为了解许多巨行星的内部结构和动力学提供了关键信息。这些行星由共价键合的分子和固态矿物组成，分布在具有大分散区域的不同层中。它们的结构和动力学由其分子和固态成分之间的化学相互作用决定。