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          理學院副教授張葳葳研究成果在Science雜志發表(圖文)

          新聞中心 2013年12月23日 報道 瀏覽次數:

            

                

            

                

            

            本網訊(記者 歐陽永志) 1220日,Science雜志發表了我校理學院副教授張葳葳在高壓物理領域的最新研究成果“Unexpected stable stoichiometries of sodium chlorides(鈉氯間反常計量比化合物)”。這是我校物理系教師首次以第一完成人身份在該雜志發表高水平論文。文章打破基礎化學傳統的八電子規則,開創科學研究新領域。

            該文由我校理學院物理系張葳葳副教授和美國紐約州立大學石溪分校地學系材料設計中心, 先進計算科學研究所Artem R. Oganov 教授,美國華盛頓-卡內基研究院Alexander F. Goncharov教授等,以及其他歐美國外科研機構科研人員合作完成。

            文章打破了基礎化學的基本規律之一——八電子規則,革命性地開創了科學研究的新領域。文章通過理論預測,并實驗驗證了在Na-Cl體系中,違背八電子規則的反常化合物的穩定存在。

            八電子規則指出,原子之間形成化合物的時候,通過電子轉移,共享電子對而使每一個原子都具有惰性氣體的八電子穩定結構。依據這一規則,一個Na轉移最外殼層的一個電子到一個Cl最外殼層上,而使每對NaCl都有穩定的八電子外層結構,形成化合物氯化鈉,由此11配比的NaCl長期以來被教科書公認為NaCl之間能夠穩定存在且唯一穩定存在的化合物。然而,研究小組理論預測發現,在超高壓下,NaCl之間還可以形成除了NaCl以外的其它成分比的化合物,諸如Na3Cl Na2Cl Na3Cl2NaCl3NaCl7等,這些化合物是經典化學理論框架下斷然不被允許的。根據理論預測結果,在實驗室的超高壓條件下,研究小組合成了Na3ClNaCl3兩種化合物,并發現這兩種化合物在低至20GPa時,仍然穩定存在,理論預測和實驗現象的高度吻合確保結論的合理無誤。

            這表明,即便是在耳熟能詳的教科書體系---Na-Cl體系中,尚有不為人知的、嶄新的化學現象。這預示著,在其他體系,如行星內部,地殼內部(Mg-Si-O),以及生物體(C-H-N-O)中,也可能存在違反基本規律的類似化學現象,該類科學研究有望幫助科學家理解地球、行星,以及生命體相關的反常現象。同時,這也意味著,這種理論模擬手段是可以被可靠的用來設計我們所需要的材料。如Na3Cl理論預測結果顯示它是由一層NaCl和二層金屬Na交替排列而成,這決定Na3Cl在層狀堆積方向上是絕緣的,而在層平面內是導電的,表現出二維金屬特性。關于二維金屬的科學研究是目前科研熱點問題之一。

            科學前沿研究的本質是要破舊立新的,但很少人敢于挑戰科學領域的基本規律和定律。研究小組的這一發現突破了人們對基礎化學基本規律的傳統認知。這就像一塊被發現的新大陸,需要人們去更多地規劃、建設,從這個意義上講,該文章引出了大量的可探索的新課題。

            Science雜志評委們對文章給出高度評價:“作者從理論預測和高壓實驗兩方面盡善盡美的展現了反常計量比的NaCl間化合物。”“在NaCl體系中不尋常成分比化合物的發現,其卓越的科學本質必將引起科研工作者的廣泛興趣。”“理論預測和實驗數據之間高度契合,揭示了又一個化學研究的新領域”“NaCl間反常化合物的發現將會激發對于其他離子化合物體系的研究興趣,為相圖方面的科學探索打開廣闊空間。”

            值得一提的是,文章入選本期”perspective”欄目,由業內學者做重點點評;插圖被 ”this week in science”欄目選用。這凸顯了該研究成果的重要性。

            英國科技類期刊Chemistry World特約撰稿人在第一時間采訪了文章的第一作者,并就這一成果作了報道。

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          標簽:研究 化合物 科學 電子 理論預測 文章 化學 發現 體系 反常 實驗 科研 之間 理論
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