Un team internazionale ha rivelato una sorprendente propensione universale a formare composti ibridi stabili sotto alte pressioni.
I materiali ibridi, costituiti da componenti inorganici e piccole molecole (SM), hanno guadagnato un'attenzione intensiva grazie alla loro struttura chimica unica, proprietà fisiche e potenziali applicazioni. Tuttavia, queste caratteristiche uniche impongono anche sfide alla sintesi dei materiali, alla loro caratterizzazione e alla comprensione fondamentale del loro comportamento chimico. L'alta pressione ha dimostrato di essere un potente strumento per sintetizzare nuovi materiali.
In queste condizioni, le proprietà chimiche degli elementi e la forza dei legami omonucleari ed eteronucleari possono cambiare drasticamente, portando alla formazione di molti composti atipici con composizioni e strutture non intuitive.
Il team ha combinato simulazioni di ricerca della struttura cristallina basate sull'algoritmo swarm-intelligence implementato nel programma CALYPSO e calcoli ab initio di energia totale e forza per studiare sistematicamente la reattività di molte molecole legate covalentemente come H2 , H2 Oh, NH3 , CH4 e CO2 con NaCl, un prototipo di composto solido ionico.
I calcoli mostrano che queste molecole, nonostante siano omonucleari o eteronucleari, polari o non polari, piccole o grandi, possono tutte reagire con NaCl e formare composti termodinamicamente stabili sotto pressioni elevate. Sorprendentemente, queste molecole si presentano come unità inserite e mantengono la loro integrità chimica nei nuovi composti ibridi.
Non mostrano forti interazioni chimiche con gli ioni Na e Cl circostanti, nonostante alcune molecole siano chimicamente molto attive. Al contrario, la molecola più stabile tra tutti gli esempi studiati, N2 , si trasforma nel ciclo-N5 - anioni mentre reagiscono con NaCl ad alte pressioni. Fornisce un nuovo percorso per sintetizzare i pentazolati, che sono promettenti materiali energetici verdi con un'elevata densità di energia.
Oltre a fornire una nuova strada per ottenere nuovi materiali ibridi, questa indagine fornisce anche informazioni chiave per la comprensione della struttura interna e della dinamica di molti pianeti giganti. Questi pianeti sono costituiti sia da molecole legate covalentemente che da minerali allo stato solido, separati in diversi strati con ampie regioni dispersive. Le interazioni chimiche tra le loro composizioni molecolari e allo stato solido ne determinano la struttura e la dinamica.
Lo studio è pubblicato sulla rivista National Science Review .
Il gruppo di ricerca comprendeva il Prof. Feng Peng dell'Università Normale di Luoyang, i Proff. Yanming Ma e Hanyu Liu dell'Università di Jilin, il Prof. Chris Pickard dell'Università di Cambridge e il Prof. Maosheng Miao dello Stato della California. Università di Northridge
Ulteriori informazioni: Feng Peng et al, Inserimento universale di molecole in composti ionici sotto pressione, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae016
Fornito da Science China Press
