New Calcium Hydrides with Mixed Atomic and Molecular Hydrogen

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作者
Ajay K. Mishra,Takaki Muramatsu,Hanyu Liu,Zachary M. Geballe,Maddury Somayazulu,Muhtar Ahart,Maria Baldini,Yue Meng,Eva Zurek,Russell J. Hemley
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:122 (34): 19370-19378 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.8b05030
摘要

Two new polyhydrides of calcium have been synthesized at high pressures and high temperatures and characterized by Raman spectroscopy, infrared spectroscopy, and synchrotron X-ray diffraction. Above 20 GPa and 700 K, we synthesize a phase having a monoclinic (C2/m) structure with Ca2H5 composition, which is characterized by a distinctive vibration at 3789 cm–1 at 25 GPa. The observed Raman spectrum is in close agreement with first-principles calculations of a Ca2H5 structure characterized by a lattice containing a central layer of H2 molecules oriented along the (100) direction. At higher pressures (e.g., 116 GPa and 1600 K), we synthesize another phase, which has the composition of CaH4 and a denser body-centered tetragonal structure. This weakly metallic phase also contains molecular-like H2 units, and its spectroscopic as well as diffraction signatures match closely with those predicted from first-principles calculations. This phase is observed to persist on decompression to 60 GPa at room temperature. The elongation of the H–H bond in these hydrides is a result of the Ca–H2 interaction, analogous to what occurs in molecular compounds, where H2 binds side-on to a d-element, such as in Kubas complex.
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