我院王彦超教授研究成果发表在《物理评论快报》

时间:2022-03-11    点击:

  日前,马琰铭教授研究团队在SO2的高温高压歧化反应研究中获得新突破。相关研究成果以“Disproportionation of SO2 at High Pressure and Temperature”为题,于2022年03月10日在线发表在Physical Review Letters杂志上。

  硫是一种典型的多价态元素,在不同的氧化还原条件下会展现出不同的价态(-2到+6),广泛参与地球内部的多种化学过程。氧是地球上含量最丰富的元素之一,与人类息息相关。探索硫氧化合物在高温高压下的存在形式和价态变化,对于理解地球内部硫和氧循环过程具有重要意义,是高压物理、高压化学长期关注的焦点。常压下,S-O以SO2的分子形式存在,其中S表现为+4。在高压作用下,SO2会经历一系列结构相变,形成聚合相,甚至在~26 GPa转变为聚合非晶相。

  前期研究发现,一些简单分子体系(如CO, CH4, NO 和H2S等)在高温高压下会发生歧化反应,SO2是否也会存在类似的行为呢?马琰铭教授研究团队利用自主研发的CALYPSO晶体结构预测方法,预言了稳定的SO3结构【图一(a)】,发现在高压下SO3是S-O化合物最稳定的存在形式。进一步的第一性原理计算表明SO2在高温高压下也会发生歧化反应,形成SO3和S单质。

图一 Rc-SO3晶体结构图以及SO2含温相图

  为了验证理论预言,团队采用激光加热的DAC实验对SO2高温高压行为开展了研究。通过拉曼和XRD测量证实了在高温高压下SO2的确发生歧化反应,形成了SO3和S单质(图二)。该研究重构了SO2的温压相图,表明常压稳定存在的SO2在高温高压下将不再稳定。研究工作为理解地幔内部的S循环提供了新途径。

图二 激光加热前后SO2的拉曼及粉末X射线衍射图谱

  该研究成果的第一作者为威利斯人娱乐app下载2021级博士研究生陆文成、2019级博士研究生刘思瑜和刘广韬副教授。威利斯人娱乐app下载超硬材料国家重点实验室和计算方法与软件国际中心王彦超教授为本文的通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、科学挑战计划、威利斯人娱乐app下载科学技术创新研究团队的资助和上海光源同步辐射BL15U1线站、北京同步辐射光源4W2线站的支持。

  论文全文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.106001


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