Российские и китайские ученые открыли уникальное соединение — гидрид стронция SrH22. Он содержит рекордное количество водорода и стабилен при давлении около миллиона атмосфер. Полученное соединение содержит подвижные атомы водорода, способные переносить заряд. Статья опубликована в журнале Advanced Materials.
Изучение полигидридов — соединений с высоким содержанием водорода — началось в 2015 году, когда было доказано, что при давлении в 150 ГПа гидрид серы H2S превращается в тригидрид серы H3S, оказавшийся высокотемпературным сверхпроводником. Конечной целью стало определение полигидридов, обладающих сверхпроводимостью при близкой к комнатной температуре и по крайней мере при высоком (а лучше — низком) давлении. Некоторые из известных на сегодняшний день высокотемпературных сверхпроводников исследовали ученые из Сколтеха с использованием алгоритма USPEX. Для любой комбинации химических элементов он определяет, какие их соединения стабильны и какие структуры они образуют.
В новой работе ученые обратились к стронцию, чтобы выяснить, может ли он образовывать стабильные полигидриды. Алгоритм USPEX предсказал, что стабильное соединение SrH22 должно существовать при давлениях 80–140 ГПа. Исследовательская группа из Цзилиньского университета провела эксперимент по синтезу этого соединения, легируя молекулярный водород стронцием — добавляя небольшое количество этого металла в качестве примеси. Чтобы подтвердить образование стабильного полигидрида стронция в эксперименте, ученые исследовали его кристаллическую решетку методом рентгеноструктурного анализа. Полученная картина полностью соответствовала кристаллической структуре SrH22.
Полигидрид стронция SrH22 — самое богатое водородом соединение, известное на сегодняшний день, — состоит из молекул H2, распределенных вокруг высокоорганизованной подрешетки стронция. Причем высокая подвижность водорода делает SrH22 хорошим ионным проводником, открывая возможности его использования для электрохимических превращений при высоком давлении. Это позволит получать новые ценные полигидриды, которые невозможно синтезировать напрямую из металлов и водорода. Другим возможным применением сделанного открытия является дизайн новых соединений для водородных аккумуляторов.
«Можно представить, что у нас есть коробка с деталями Lego, мы копаемся в них и пытаемся выяснить, какие детали подойдут для наших задач. Мы выяснили, например, что элементы второй и третьей групп Периодической системы элементов наиболее благоприятны для образования высокотемпературных сверхпроводников. Стронций — как раз один из них, но сейчас мы видим, что в чистом виде он не совсем подходит. Но гидриды стронция очень интересны с химической точки зрения, и, возможно, если их легировать другими металлами с большим количеством электронов — иттрием, цирконием, титаном, — можно будет получить высокотемпературную сверхпроводимость. Таким образом, мы изучили соответствующую “деталь Lego” и поняли, что она сама по себе не подходит, но в сочетании с чем-то другим может сработать», — рассказывает руководитель проекта Артем Оганов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
