Uma inserção universal de várias moléculas em cristais iônicos sob alta pressão
Simulações mostram que pequenas moléculas ligadas covalentemente, por exemplo, H2 , N2 , CO2 , NH3 ,H2 O e CH4 , pode ser inserido em redes cristalinas de compostos iônicos como NaCl, formando novos materiais híbridos estáveis sob altas pressões. Crédito:Science China Press Uma equipe internacional revelou uma surpreendente propensão universal de formar compostos híbridos estáveis sob altas pressões.
Os materiais híbridos, que consistem em componentes inorgânicos e pequenas moléculas (SM), têm ganhado muita atenção devido à sua estrutura química única, propriedades físicas e aplicações potenciais. No entanto, estas características únicas também impõem desafios à síntese e caracterização de materiais e à compreensão fundamental do seu comportamento químico. A alta pressão provou ser uma ferramenta poderosa para sintetizar novos materiais.
Sob estas condições, as propriedades químicas dos elementos e as forças das ligações homonucleares e heteronucleares podem mudar drasticamente, levando à formação de muitos compostos atípicos com composições e estruturas não intuitivas.
A equipe combinou simulações de busca de estrutura cristalina baseadas no algoritmo de inteligência de enxame conforme implementado no programa CALYPSO e cálculos ab initio de energia total e força para investigar sistematicamente a reatividade de muitas moléculas ligadas covalentemente, como H2 ,H2 Ó, NH3 , CH4 e CO2 com NaCl, um protótipo de composto sólido iônico.
Os cálculos mostram que estas moléculas, independentemente de serem homonucleares ou heteronucleares, polares ou apolares, pequenas ou grandes, podem todas reagir com o NaCl e formar compostos termodinamicamente estáveis sob pressões elevadas. Surpreendentemente, estas moléculas apresentam-se como unidades inseridas e mantêm a sua integridade química nos novos compostos híbridos.
Eles não mostram fortes interações químicas com os íons Na e Cl circundantes, apesar do fato de algumas das moléculas serem quimicamente muito ativas. Em contraste, a molécula mais estável entre todos os exemplos estudados, N2 , se transforma em ciclo-N5
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ânions enquanto reagem com NaCl sob altas pressões. Ele fornece uma nova rota para sintetizar pentazolatos, que são materiais energéticos verdes promissores com alta densidade energética.
Além de fornecer uma nova rota para a obtenção de novos materiais híbridos, esta investigação também fornece informações importantes para a compreensão da estrutura interior e da dinâmica de muitos planetas gigantes. Esses planetas consistem em moléculas ligadas covalentemente e minerais em estado sólido, separados em diferentes camadas com grandes regiões dispersivas. As interações químicas entre suas composições moleculares e de estado sólido determinam sua estrutura e dinâmica.
O estudo foi publicado na revista National Science Review .
A equipe de pesquisa incluiu o Prof. Feng Peng da Luoyang Normal University, Profs. Yanming Ma e Hanyu Liu da Universidade de Jilin, Prof. Chris Pickard da Universidade de Cambridge e Prof. Universidade Northridge
