Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Структура соединений в при различных количества атомов углерода © Yan-Ling Li et al. / Nature Communications
Предсказанные кристаллические структуры соединений Ca-C. © Yan-Ling Li et al. / Nature Communications

Пять новых карбидов кальция: уникальные восстановители и новые способы синтеза углеводородов

Ключевые слова:  Nature Communications, Исследования, Карбид кальция, Компьютерное моделирование, структура

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

28 июля 2015

Группа ученых под руководством Артема Оганова из МФТИ с помощью компьютерного моделирования «предсказала» пять абсолютно новых соединений углерода и кальция и получила два из них в эксперименте — новые материалы обладают крайне разнообразными химическими и физическими свойствами. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Communications. С карбидом кальция или просто «карбидом» сталкивались все, кто застал позднесоветскую эпоху: белые камушки, из которых получали ацетилен для газосварки и которые так эффектно шипели в лужах, были главным элементом дворовых химических экспериментов. Сегодня карбид кальция CaC2 используется по-прежнему: для промышленного производства ацетилена (хотя во дворах его уже не найдешь, для газосварки теперь используют готовый ацетилен в баллонах) и производства удобрений. Известен также более экзотический вариант соединения кальция и углерода — гексакарбид кальция CaCsub>6, который становится сверхпроводником при довольно высокой температуре — 11,5 кельвина. Теперь ученые обнаружили, что разнообразие соединений углерода и кальция не исчерпывается этими двумя веществами. С помощью компьютерного моделирования они выяснили, что при определенных условиях существуют еще как минимум пять других карбидов. Группа Оганова специализируется на поиске «невозможных» соединений, которые могут существовать вопреки известным химическим законами. С помощью созданного Огановым алгоритма моделирования химических соединений USPEX они предсказали существование «нестандартной» соли — соединений натрия и хлора, которые нарушали все химические законы: NaCl3, NaCl7, Na3Cl2, Na2Cl и Na3Cl, — а затем получили эти соединения в экспериментах. Они также открыли несколько нестандартных оксидов алюминия, оксидов магния и ряд других веществ.

Соединения кальция и углерода привлекли внимание Оганова и его коллег тем, что оба эти элемента показывают большое разнообразие структурных и электронных свойств при разных давлениях. В частности, кальций при давлении 216 гигапаскалей демонстрирует наивысшую температуру перехода в сверхпроводящее состояние для чистых элементов (29 кельвинов). Ученые с помощью компьютерного алгоритма USPEX проанализировали все возможные карбиды кальция, которые возникают при давлении от нормального до 100 гигапаскалей. Они обнаружили пять таких веществ: Ca5C2, Ca2C, Ca3C2, CaC и Ca2C3. Как показали расчеты, Ca2C3 остается стабильным при давлении ниже 28 гигапаскалей, Ca5C2 — выше 58 гигапаскалей, Ca2C — выше 14 гигапаскалей, Ca3C2 — с 50 гигапаскалей, CaC — с 26 гигапаскалей, а CaC2стабилен выше 21 гигапаскалей. Кристаллическая структура этих соединений содержит углеродные постройки, которые варьируются от «гантелей», до «лент» и «слоев», состоящих из шестигранников. Наиболее интересным соединением оказался Ca2C, который по своей структуре и свойствам является, как и графен, двумерным металлом. Графен — углеродный материал, за создание которого Андрею Гейму и Константину Новоселову была присуждена Нобелевская премия. Но, в отличие от графена, в Ca2C ток проходит по слоям атомов кальция, а не углерода, и в кальциевых слоях присутствуют сгустки «ничейных» электронов. Чтобы подтвердить теоретические предсказания, группа Оганова провела эксперимент по синтезу предсказанных веществ. Исследователи поместили смесь кальция и углерода в так называемую ячейку с алмазными наковальнями — камеру, в которой образец вещества сжимается между двумя алмазами. В такой камере давление может достигать сотен гигапаскалей. При давлении более 10 гигапскалей и температуре около 2000 кельвинов ученые зафиксировали образование Ca2C3, а при давлении более 22 гигапаскалей — образование Ca2C. Их теоретически предсказанная структура была подтверждена с помощью синхротронного излучения. «Эти необычные вещества могут найти себе практические применения, если удастся синтезировать их в достаточных количествах», — говорит Оганов. Так, например, двумерные карбиды, где есть «неприкаянные» электронные сгустки — уникальные восстановители — можно применить в химической промышленности, а карбиды, где есть группы из трех и более атомов углерода, — для синтеза необычных углеводородов, полагает ученый. Ссылка на статью. DOI:10.1038/ncomms7974


Источник: Импульс



Комментарии

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Кристаллы полученные изотермическим испарением растворителя
Кристаллы полученные изотермическим испарением растворителя

Конкурс СЗМ-изображений 2017 от компании НТ-МДТ Спектрум Инструментс
Примите участие в конкурсе, поделитесь своими результатами с мировым СЗМ-сообществом и получите ценные призы!

Лауреатом премии Rusnanoprize 2017 стал создатель высокоэффективных солнечных ячеек Михаэль Гретцель
Обладателем международной премии в области нанотехнологий Rusnanoprize 2017 за разработки в области наноматериалов и модификации поверхностей стал швейцарский учёный Михаэль Гретцель. Торжественная церемония награждения лауреата состоялась на Форуме «Открытые инновации».

Школа на ладони: у нас есть из чего строить будущее!
В начале октября 2017 года стартовала XI осенняя сессия конкурсной образовательной программы для школьников «Школа на ладони»

Вспомнить все (total recall). Часть 3. Методы исследований в нанотехнологиях (практика)
Коллектив авторов
В третьей части рассматриваются экспериментально - практические материалы, связанные с методами анализа продуктов нанотехнологий, в том числе стандартные аналитические, физико – химические и структурные методы анализа. Участники могут изучать отдельно данный курс или комбинировать его с двумя предыдущими.

Вспомнить все (total recall). Часть 2. Решение задач и проектная работа (образование и самоподготовка)
Коллектив авторов
Во второй части рассматриваются обзорные материалы материалы по нанотехнологическому образованию и проектной деятельности (Раздел А), текстовый и иллюстративный материал по образовательным и социальным аспектам с сфере нанотехнологий (Раздел Б), а также самый важный раздел для подготовки к Олимпиадам данной серии, содержащий сборники заданий и решений за 10 олимпиадных лет (Раздел В).

Вспомнить все (total recall). Часть 1. Наноматериалы и нанотехнологии (теоретические аспекты)
Коллектив авторов
В первой части рассматриваются теоретические материалы, сгруппированные по важнейшим темам (Раздел А), уровню сложности (Раздел Б), для свободного чтения по основным группам рубрикатора РОСНАНО (Раздел В), а также для прохождения викторин самоконтроля (Раздел Г).

Система практик ФНМ МГУ
А.Б.Тарасов, А.В.Кнотько, Е.А.Гудилин

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.