Ein internationales Team hat eine überraschende universelle Neigung zur Bildung stabiler Hybridverbindungen unter hohen Drücken aufgedeckt.
Die Hybridmaterialien, die aus anorganischen Komponenten und kleinen Molekülen (SM) bestehen, haben aufgrund ihrer einzigartigen chemischen Struktur, physikalischen Eigenschaften und möglichen Anwendungen große Aufmerksamkeit erregt. Diese einzigartigen Eigenschaften stellen jedoch auch Herausforderungen für die Materialsynthese, Charakterisierung und das grundlegende Verständnis ihres chemischen Verhaltens dar. Hochdruck hat sich als leistungsstarkes Werkzeug zur Synthese neuer Materialien erwiesen.
Unter diesen Bedingungen können sich die chemischen Eigenschaften von Elementen und die Stärke der homonuklearen und heteronuklearen Bindungen drastisch ändern, was zur Bildung vieler atypischer Verbindungen mit nicht intuitiven Zusammensetzungen und Strukturen führt.
Das Team kombinierte Kristallstruktursuchsimulationen basierend auf dem Schwarmintelligenz-Algorithmus, wie er im CALYPSO-Programm implementiert ist, und Ab-initio-Gesamtenergie- und Kraftberechnungen, um die Reaktivität vieler kovalent gebundener Moleküle wie H2, H2O, NH3, CH4 usw. systematisch zu untersuchen CO2 mit NaCl, einem Prototyp einer ionischen Feststoffverbindung.
Die Berechnungen zeigen, dass diese Moleküle, unabhängig davon, ob sie homonuklear oder heteronuklear, polar oder unpolar, klein oder groß sind, alle mit NaCl reagieren und unter erhöhten Drücken thermodynamisch stabile Verbindungen bilden können. Überraschenderweise liegen diese Moleküle als eingefügte Einheiten vor und behalten in den neuen Hybridverbindungen ihre chemische Integrität.
Sie zeigen keine starken chemischen Wechselwirkungen mit umgebenden Na- und Cl-Ionen, obwohl einige der Moleküle chemisch sehr aktiv sind. Im Gegensatz dazu wandelt sich das stabilste Molekül aller untersuchten Beispiele, N2, bei der Reaktion mit NaCl unter hohen Drücken in Cyclo-N5−-Anionen um. Es bietet einen neuen Weg zur Synthese von Pentazolaten, die vielversprechende grüne Energiematerialien mit hoher Energiedichte sind.
Diese Untersuchung bietet nicht nur einen neuen Weg zur Gewinnung neuartiger Hybridmaterialien, sondern liefert auch wichtige Informationen zum Verständnis der inneren Struktur und Dynamik vieler Riesenplaneten. Diese Planeten bestehen sowohl aus kovalent gebundenen Molekülen als auch aus Festkörpermineralien, die in verschiedene Schichten mit großen Dispersionsregionen unterteilt sind. Die chemischen Wechselwirkungen zwischen ihrer molekularen Zusammensetzung und ihrer Festkörperzusammensetzung bestimmen ihre Struktur und Dynamik.
Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch National Science Review.
Zum Forschungsteam gehörten Prof. Feng Peng von der Luoyang Normal University, Profs. Yanming Ma und Hanyu Liu von der Jilin University, Prof. Chris Pickard von der Cambridge University und Prof. Maosheng Miao vom California State. Universität Northridge
Mehr Informationen:
Feng Peng et al, Universelle Insertion von Molekülen in ionische Verbindungen unter Druck, National Science Review (2024). DOI: 10.1093/nsr/nwae016