Une équipe internationale a révélé une surprenante propension universelle à former des composés hybrides stables sous hautes pressions.
Les matériaux hybrides, constitués de composants inorganiques et de petites molécules (SM), ont suscité une attention intensive en raison de leur structure chimique unique, de leurs propriétés physiques et de leurs applications potentielles. Cependant, ces caractéristiques uniques imposent également des défis en termes de synthèse, de caractérisation et de compréhension fondamentale de leur comportement chimique. La haute pression s’est avérée être un outil puissant pour synthétiser de nouveaux matériaux.
Dans ces conditions, les propriétés chimiques des éléments et la force des liaisons homonucléaires et hétéronucléaires peuvent changer radicalement, conduisant à la formation de nombreux composés atypiques aux compositions et structures non intuitives.
L’équipe a combiné des simulations de recherche de structure cristalline basées sur l’algorithme d’intelligence en essaim tel que mis en œuvre dans le programme CALYPSO et des calculs ab initio d’énergie totale et de force pour étudier systématiquement la réactivité de nombreuses molécules liées de manière covalente telles que H2, H2O, NH3, CH4 et CO2 avec NaCl, un prototype de composé solide ionique.
Les calculs montrent que ces molécules, qu’elles soient homonucléaires ou hétéronucléaires, polaires ou non polaires, petites ou grandes, peuvent toutes réagir avec NaCl et former des composés thermodynamiquement stables sous des pressions élevées. Étonnamment, ces molécules se présentent sous forme d’unités insérées et conservent leur intégrité chimique dans les nouveaux composés hybrides.
Ils ne présentent pas de fortes interactions chimiques avec les ions Na et Cl environnants, malgré le fait que certaines molécules sont chimiquement très actives. En revanche, la molécule la plus stable parmi tous les exemples étudiés, N2, se transforme en anions cyclo-N5− lorsqu’elle réagit avec NaCl sous haute pression. Il offre une nouvelle voie pour synthétiser les pentazolates, qui sont des matériaux énergétiques verts prometteurs à haute densité énergétique.
En plus de fournir une nouvelle voie pour obtenir de nouveaux matériaux hybrides, cette enquête fournit également des informations clés pour la compréhension de la structure intérieure et de la dynamique de nombreuses planètes géantes. Ces planètes sont constituées à la fois de molécules liées de manière covalente et de minéraux à l’état solide, séparés en différentes couches avec de grandes régions dispersives. Les interactions chimiques entre leurs compositions moléculaires et solides déterminent leur structure et leur dynamique.
L’étude est publié dans la revue Revue scientifique nationale.
L’équipe de recherche comprenait le professeur Feng Peng de l’Université normale de Luoyang, les professeurs. Yanming Ma et Hanyu Liu de l’Université de Jilin, le professeur Chris Pickard de l’Université de Cambridge et le professeur Maosheng Miao de l’État de Californie. Université Northridge
Plus d’information:
Feng Peng et al, Insertion universelle de molécules dans des composés ioniques sous pression, Revue scientifique nationale (2024). DOI : 10.1093/nsr/nwae016