Synthèse de nouvelles formes de composés carbonés
Dans le cadre d'une étude novatrice, des chercheurs ont acquis de nouvelles connaissances dans le domaine de la chimie du carbone à haute pression
Des chercheurs de l'université de Bayreuth ont synthétisé deux nouveaux carbures - composés de carbone et d'un autre élément chimique - avec des structures uniques. Les résultats pourraient fournir une explication inattendue à la large diffusion des hydrocarbures aromatiques polycycliques dans l'univers.
Présentation artistique des découvertes. De nouveaux carbures CaC2 et Ca3C7, contenant des nanorubans de carbone déprotonés, ont été synthétisés à des pressions et températures élevées dans une cellule à enclume de diamant. Leurs structures cristallines sont représentées à gauche (les atomes de Ca sont en rouge, les nanorubans en noir). Dans le "confetti" des nanorubans, les atomes de carbone cristallographiquement différents sont représentés dans des couleurs différentes). Ces nouveaux matériaux peuvent exister dans les conditions que l'on trouve à l'intérieur des planètes, et leur hydrolyse à l'intérieur des corps planétaires, à leur surface ou dans leur atmosphère, peut servir de source d'hydrocarbures aromatiques polycycliques, fournissant les éléments chimiques nécessaires à la création de la vie (symboliquement représentée par une créature fantastique générée par l'IA, la figure de droite).
UBT/Leonid Dubrovinsky
Sous la direction du professeur Leonid Dubrovinsky du Bavarian Geoinstitute et du professeur Natalia Dubrovinskaia du laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth, les chercheurs ont synthétisé de nouveaux composés de carbone dont les éléments structurels sont similaires à ceux des molécules organiques complexes, mais déprotonés (c'est-à-dire ne contenant pas d'hydrogène).
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des cellules à enclumes de diamant qui ont comprimé les minuscules cristaux de carbure de calcium à des pressions de l'ordre de trois gigapascals et les ont simultanément chauffés à des températures d'environ 3 000 °C. Ces conditions correspondent à celles que l'on trouve dans les profondeurs de la Terre. Ces conditions correspondent à celles qui règnent à une profondeur de 2 900 km à l'intérieur de la Terre. Le changement de pression et de température a entraîné la formation de deux nouveaux carbures : le polymorphe haute pression de CaC2 et Ca3C7.
Bien que le polymorphe haute pression du CaC2 ait la même composition chimique que le matériau de départ, il s'en distingue par la disposition spatiale des atomes et par ses propriétés chimiques. Le polymorphe possède des chaînes de carbone qui peuvent exister dans des conditions qui dépassent de loin celles connues pour l'existence des composés organiques conventionnels. La formation de tels composés dans les conditions de l'intérieur des planètes pourrait même avoir joué un rôle dans l'origine de la vie, car ils pourraient être à l'origine des hydrocarbures.
Le composé de formule chimique Ca3C7 n'a jamais été observé auparavant, de sorte que sa synthèse et l'élucidation de sa structure représentent une avancée significative dans la compréhension du comportement des matériaux à base de carbone dans des conditions extrêmes.
Leonid Dubrovinsky, chercheur principal de l'étude, explique : "Nos résultats ne repoussent pas seulement les limites de la chimie du carbone connue, mais offrent également une nouvelle perspective sur la façon dont des structures complexes de carbone pourraient exister dans les profondeurs de la Terre et potentiellement dans d'autres corps planétaires"
"Les similitudes entre ces carbures de haute pression et les composés métallo-organiques déprotonés ouvrent des perspectives passionnantes pour la conception de nouveaux matériaux dotés de propriétés électroniques, magnétiques et optiques uniques", a ajouté le professeur Natalia Dubrovinskaia.
Les travaux de recherche ont été menés en collaboration internationale par des scientifiques de l'Institut géologique de Bavière et du laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth, du synchrotron électronique allemand (DESY), de l'université de Cologne, de l'université d'Édimbourg, de l'université Goethe de Francfort, de l'université de Chicago, de l'installation européenne de rayonnement synchrotron et de l'université de Linköping.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Saiana Khandarkhaeva, Timofey Fedotenko, Alena Aslandukova, Fariia Iasmin Akbar, Maxim Bykov, Dominique Laniel et al.; "Extending carbon chemistry at high-pressure by synthesis of CaC2 and Ca3C7 with deprotonated polyacene- and para-poly(indenoindene)-like nanoribbons"; Nature Communications, Volume 15, 2024-4-2
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