理論研究和實驗表明,在高壓條件下,許多經典化學中被「禁止」的化合物開始穩定存在。我校理學院張葳葳老師及其合作者,美國石溪大學地學系Artem R. Oganov教授,美國卡內基地學研究所Alexander F. Gonchrov教授的這一最新研究成果在今天出版的Nature 子刊Scientific Reports上發表。
2013年底,我校張葳葳老師及其合作者們在這方面的開創性工作——NaCl體系中高壓下反常計量比化合物相關研究發表在Science期刊上,從該體系中發現了像Na3Cl和NaCl7這樣奇異的化合物,從而打破了傳統經典的「八電子規則」。
張葳葳老師關於K-Cl體系的研究,有更多新奇化合物及物理現象發現,隨著壓力升高而穩定的「禁止」化合物在列表上迅速增加,如K3Cl,K2Cl,,K3Cl2,,K4Cl3,K5Cl4,K3Cl5,KCl3,KCl7等等,這些化合物都可以在高壓下陸續穩定存在,並且都呈現金屬性(KCl除外),而傳統化學預測氯和鉀只能以離子鍵結合。這些化合物由結構預測代碼USPEX結合第一性原理計算商用代碼VASP首次被理論預測得到,並由高溫高壓合成實驗驗證。
張葳葳表示,這項研究有兩個令人驚喜的地方,一是該研究預測並通過實驗證實了之前未知的化合物KCl3能夠在接近常壓的條件下存在。二是該研究發現了一個二維金屬化合物的家族,它們的結構和常見的KCl相近,但是存在額外的可以導電的K原子層。
張葳葳老師說:「從事Na-Cl化合物和K-Cl化合物的研究令人激動,我知道我們在探索直觀化學世界的界限,但是驚訝於它得到的結果遠遠超過預期。」
Oganov教授說:「如果像Na-Cl和K-Cl這樣簡單的體系就展現出如此複雜而違反直覺的化學性質,這意味著化學尚存在許多東西,有待我們去發現和理解。」Goncharov教授則表示:這項工作表明現代的理論預測手段是多麼強大。剛開始一起工作時,我曾懷疑用USPEX方法做出這些預測太瘋狂,但隨著工作的進行,卻震驚於這些預測是多麼令人信服,儘管開始時它顯得那麼瘋狂。