Syntese af to nye karbider giver perspektiv på, hvordan komplekse kulstofstrukturer kunne eksistere på andre planeter

Forskere ved University of Bayreuth har fået ny indsigt inden for højtrykskulstofkemi:De syntetiserede to nye carbider - forbindelser af kulstof og et andet kemisk element - med unikke strukturer. Resultaterne kan give en uventet forklaring på den store spredning af polycykliske aromatiske kulbrinter i universet. Forskningen er publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

Carbider er forbindelser af kulstof og et andet kemisk grundstof. De nysyntetiserede carbider ligner metal-organisk-lignende forbindelser og kan give ny indsigt i komplekse kulstofstrukturers adfærd under ekstremt høje tryk og høje temperaturer.

Den mulige eksistens eller dannelse af sådanne forbindelser under forhold i planeternes indre kan have vigtige konsekvenser for geovidenskab og astrobiologi, da de kunne være oprindelsen til kulbrinter og kunne spille en rolle i livets oprindelse.

Under ledelse af prof. dr. Leonid Dubrovinsky fra det bayerske geoinstitut og prof. dr. Natalia Dubrovinskaia fra laboratoriet for krystallografi ved University of Bayreuth afslører forskningen i de nye kulstofforbindelser, at de har strukturelle elementer, der ligner dem i komplekse organiske stoffer. molekyler, men er deprotonerede (dvs. indeholder ikke brint).

For at opnå dette brugte forskerne diamantamboltceller, der komprimerede de små calciumcarbidkrystaller til tryk i det trecifrede gigapascal-område og samtidig opvarmede dem til temperaturer på omkring 3000°C. Disse forhold svarer til dem i en dybde på 2.900 km i Jordens indre. Ændringen i tryk og temperatur fik calciumcarbidet til at danne to nye carbider:højtrykspolymorf af CaC₂ og Ca₃ C₇ .

Selvom højtrykspolymorfen af ​​CaC₂ har samme kemiske sammensætning som udgangsmaterialet, adskiller det sig fra det i atomernes rumlige arrangement og i dets kemiske egenskaber. Polymorfen har kulstofkæder, der kan eksistere under forhold, der langt overstiger dem, der er kendt for eksistensen af ​​konventionelle organiske forbindelser.

Dannelsen af ​​sådanne forbindelser under forholdene i planeternes indre kunne endda have spillet en rolle i livets oprindelse, fordi de kunne være oprindelsen til kulbrinter.

Forbindelsen med den kemiske formel Ca₃ C₇ er aldrig blevet observeret før, så dets syntese og strukturbelysning repræsenterer et væsentligt skridt fremad i forståelsen af ​​kulstofbaserede materialers adfærd under ekstreme forhold.

Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky, studiets ledende forsker, forklarede:"Vores resultater udvider ikke kun grænserne for kendt kulstofkemi, men giver også et nyt perspektiv på, hvordan komplekse kulstofstrukturer kan eksistere i den dybe Jord og potentielt i andre planetariske kroppe."

"Lighederne mellem disse højtrykscarbider og deprotonerede metal-organiske forbindelser åbner spændende muligheder for at designe nye materialer med unikke elektroniske, magnetiske og optiske egenskaber," tilføjede prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia.

Flere oplysninger: Saiana Khandarkhaeva et al., Udvidelse af kulstofkemi ved højtryk ved syntese af CaC₂ og Ca₃ C₇ med deprotonerede polyacen- og para-poly(indenoinden)-lignende nanobånd, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-47138-2

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Bayreuth University