二維材料乙酸鋅二水合物的負(fù)面積壓縮性
一般的均質(zhì)物體在靜水壓力作用下,在所有方向上都會(huì)被壓縮。但也有少數(shù)材料在靜水壓力作用下,能夠在其它方向收縮時(shí)在一個(gè)方向上擴(kuò)展,這種反常規(guī)性質(zhì)被稱為負(fù)線性壓縮性(NLC);更少見的情況下,極少數(shù)材料還能在兩個(gè)方向上擴(kuò)展導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的面積增加,這種效應(yīng)稱為負(fù)面積壓縮性(NAC)。湖北第二師范學(xué)院馮國強(qiáng)、南開大學(xué)李偉、猶他大學(xué)蔡偉照、中科院理化技術(shù)研究所林哲帥等研究者探索了一種二維材料的NAC效應(yīng),相關(guān)的研究成果作為后封面發(fā)表在2019年1月的《Chemical Science》上。
早期已報(bào)道的NAC二維晶體基本都是通過配位相互作用鍵合,而通過氫鍵相互作用鍵合的二維材料并未引起太多關(guān)注。氫鍵在電子性質(zhì)方面與共價(jià)鍵存在根本上的不同,因此引入氫鍵無疑可以擴(kuò)大NAC材料的范圍。李偉等研究者結(jié)合在北京同步輻射裝置4W2-高壓實(shí)驗(yàn)站開展的高壓實(shí)驗(yàn)和第一性原理計(jì)算,發(fā)現(xiàn)了一種氫鍵鍵合的二維超分子配位絡(luò)合物乙酸鋅二水合物(Zn(CH3COO)2·2H2O,常用作食品補(bǔ)充劑),在0.15-4.44GPa的寬壓力范圍內(nèi)展示出NAC效應(yīng)并且沒有任何相變, 在迄今已知的所有8種NAC材料中,乙酸鋅二水合物的面積壓縮系數(shù)-8.1(8) TPa-1,排名第三。但如果排除會(huì)發(fā)生相變的材料,以及只有在亞穩(wěn)態(tài)高壓相才展現(xiàn)NAC性質(zhì)的材料,乙酸鋅二水合物排名第一。與其它已知的NAC材料相比,乙酸鋅二水合物展現(xiàn)出面內(nèi)配位和氫鍵相互作用以及面外范德華相互作用的復(fù)雜相互協(xié)同機(jī)理。考慮到氫鍵與配位鍵之間的電子性質(zhì)差異,通過氫鍵組裝的二維材料將為探索新型NAC材料提供新的平臺(tái)。
發(fā)表文章:
Guoqiang Feng, Wei-Xiong Zhang, Liyuan Dong, Wei Li,* Weizhao Cai,* Wenjuan Wei, Lijun Ji, Zheshuai Lin,* Peixiang Lu*, Negative Area Compressibility of a Hydrogen-Bonded Two-Dimensional Material, Chem. Sci., (10)2019, 1309–1315.