Un equipo internacional ha revelado una sorprendente propensión universal a formar compuestos híbridos estables bajo altas presiones.
Los materiales híbridos, que constan de componentes inorgánicos y moléculas pequeñas (SM), han recibido una gran atención debido a su estructura química, propiedades físicas y aplicaciones potenciales únicas. Sin embargo, estas características únicas también imponen desafíos a la síntesis y caracterización de materiales y a la comprensión fundamental de su comportamiento químico. La alta presión ha demostrado ser una poderosa herramienta para sintetizar nuevos materiales.
En estas condiciones, las propiedades químicas de los elementos y la fuerza de los enlaces homonucleares y heteronucleares pueden cambiar drásticamente, dando lugar a la formación de muchos compuestos atípicos con composiciones y estructuras no intuitivas.
El equipo combinó simulaciones de búsqueda de estructuras cristalinas basadas en el algoritmo de inteligencia de enjambre implementado en el programa CALYPSO y cálculos ab initio de fuerza y energía total para investigar sistemáticamente la reactividad de muchas moléculas unidas covalentemente como el H2. , H2 O, NH3 , CH4 y CO2 con NaCl, un prototipo de compuesto sólido iónico.
Los cálculos muestran que estas moléculas, independientemente de si son homonucleares o heteronucleares, polares o no polares, pequeñas o grandes, todas pueden reaccionar con NaCl y formar compuestos termodinámicamente estables bajo presiones elevadas. Sorprendentemente, estas moléculas se presentan como unidades insertadas y mantienen su integridad química en los nuevos compuestos híbridos.
No muestran interacciones químicas fuertes con los iones Na y Cl circundantes, a pesar de que algunas de las moléculas son químicamente muy activas. Por el contrario, la molécula más estable entre todos los ejemplos estudiados, N2 , se transforma en ciclo-N5 - aniones al reaccionar con NaCl a altas presiones. Proporciona una nueva ruta para sintetizar pentazolatos, que son materiales energéticos verdes prometedores con alta densidad energética.
Además de proporcionar una nueva ruta para obtener nuevos materiales híbridos, esta investigación también proporciona información clave para comprender la estructura interior y la dinámica de muchos planetas gigantes. Estos planetas están formados por moléculas unidas covalentemente y minerales en estado sólido, separados en diferentes capas con grandes regiones dispersivas. Las interacciones químicas entre sus composiciones moleculares y de estado sólido determinan su estructura y dinámica.
El estudio se publica en la revista National Science Review. .
El equipo de investigación incluyó al Prof. Feng Peng de la Universidad Normal de Luoyang, los Profs. Yanming Ma y Hanyu Liu de la Universidad de Jilin, el Prof. Chris Pickard de la Universidad de Cambridge y el Prof. Maosheng Miao del Estado de California. Universidad de Northridge
Más información: Feng Peng et al, Inserción universal de moléculas en compuestos iónicos bajo presión, National Science Review (2024). DOI:10.1093/nsr/nwae016
Proporcionado por Science China Press
