Forskare vid University of Bayreuth har fått nya insikter inom området för högtryckskolkemi:De syntetiserade två nya karbider - föreningar av kol och ett annat kemiskt element - med unika strukturer. Resultaten kan ge en oväntad förklaring till den stora spridningen av polycykliska aromatiska kolväten i universum. Forskningen är publicerad i tidskriften Nature Communications .

Karbider är föreningar av kol och ett annat kemiskt element. De nysyntetiserade karbiderna liknar metallorganiska föreningar och kan erbjuda ny insikt om beteendet hos komplexa kolstrukturer under extremt höga tryck och höga temperaturer.

Den möjliga förekomsten eller bildningen av sådana föreningar under förhållanden i planeternas inre kan ha viktiga konsekvenser för geovetenskap och astrobiologi, eftersom de kan vara ursprunget till kolväten och kan spela en roll i livets uppkomst.

Under ledning av Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky från Bayerska Geoinstitutet och Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia från Laboratory of Crystallography vid University of Bayreuth, visar forskningen på de nya kolföreningarna att de har strukturella element som liknar dem hos komplexa organiska ämnen. molekyler, men är deprotonerade (d.v.s. innehåller inte väte).

För att åstadkomma detta använde forskarna diamantstädceller som komprimerade de små kalciumkarbidkristallerna till tryck i det tresiffriga gigapascalområdet och samtidigt värmde dem till temperaturer på cirka 3000°C. Dessa förhållanden motsvarar de på ett djup av 2.900 km i jordens inre. Förändringen i tryck och temperatur gjorde att kalciumkarbiden bildade två nya karbider:högtryckspolymorf av CaC₂ och Ca₃ C₇ .

Även om högtryckspolymorfen av CaC₂ har samma kemiska sammansättning som utgångsmaterialet, det skiljer sig från det i atomernas rumsliga arrangemang och i dess kemiska egenskaper. Polymorfen har kolkedjor som kan existera under förhållanden som vida överstiger de som är kända för förekomsten av konventionella organiska föreningar.

Bildandet av sådana föreningar under förhållandena i planeternas inre kunde till och med ha spelat en roll för livets ursprung, eftersom de kan vara ursprunget till kolväten.

Föreningen med den kemiska formeln Ca₃ C₇ har aldrig observerats tidigare, så att dess syntes och strukturförklaring representerar ett betydande steg framåt för att förstå beteendet hos kolbaserade material under extrema förhållanden.

Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, studiens ledande forskare, förklarade:"Våra resultat vidgar inte bara gränserna för känd kolkemi utan ger också ett nytt perspektiv på hur komplexa kolstrukturer kan existera i den djupa jorden och potentiellt i andra planeter. kroppar."

"Likheterna mellan dessa högtryckskarbider och deprotonerade metallorganiska föreningar öppnar upp spännande möjligheter för att designa nya material med unika elektroniska, magnetiska och optiska egenskaper", tillade prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia.

Mer information: Saiana Khandarkhaeva et al, Utöka kolkemi vid högt tryck genom syntes av CaC₂ och Ca₃ C₇ med deprotonerade polyacen- och para-poly(indenoinden)-liknande nanoband, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47138-2

Journalinformation: Nature Communications

Tillhandahålls av Bayreuth University