Formation Mechanism of Chemically Precompressed Hydrogen Clathrates in Metal Superhydrides

化学 电子 化学物理 金属 密度泛函理论 Atom(片上系统) 阳离子聚合 库仑爆炸 氢原子 结晶学 计算化学 离子 电离 高分子化学 有机化学 烷基 嵌入式系统 物理 量子力学 计算机科学
作者
Shichang Yao,Chongze Wang,Shuyuan Liu,Hyunsoo Jeon,Jun‐Hyung Cho
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:60 (17): 12934-12940 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.1c01340
摘要

Recently, the experimental discovery of high-Tc superconductivity in compressed hydrides H3S and LaH10 at megabar pressures has triggered searches for various superconducting superhydrides. It was experimentally observed that thorium superhydrides, ThH10 and ThH9, are stabilized at much lower pressures than LaH10. Based on first-principles density functional theory calculations, we reveal that the isolated Th frameworks of ThH10 and ThH9 have relatively more excess electrons in interstitial regions than the La framework of LaH10. Such interstitial excess electrons easily participate in the formation of the anionic H cage surrounding the metal atom. The resulting Coulomb attraction between cationic Th atoms and anionic H cages is estimated to be stronger than the corresponding one of LaH10, thereby giving rise to larger chemical precompressions in ThH10 and ThH9. Such a formation mechanism of H clathrates can also be applied to other superhydrides such as CeH9, PrH9, and NdH9. Our findings demonstrate that interstitial excess electrons in the isolated metal frameworks of high-pressure superhydrides play an important role in generating the chemical precompression of H clathrates.

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