Высота

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 12341 (2022) Цитировать эту статью

764 доступа

1 Цитаты

Подробности о метриках

Системы литий-палладий и литий-палладий-водород исследованы при высоких давлениях при комнатной температуре и выше. Два новых литий-палладиевых соединения обнаружены ниже \({18.7}\,{\mathrm{GPa}}\. Фаза температуры окружающей среды ориентировочно определяется как \(F{\bar{4}}3m\,\hbox {Li}_{17}\hbox {Pd}_{4}\), с \(a = 17,661(1 )\) Å при 8,64 ГПа, изоструктурно \(\hbox {Li}_{17}\hbox {Sn}_{4}\). Другая фаза возникает при высокой температуре и имеет вид \(I{\bar{4}}3m\, \hbox {Li}_{11}\hbox {Pd}_{2}\), \(a = 9,218( 1)\) Å при 3,88 ГПа и 200 \(^\circ {\mathrm{C}}\), аналогично \(\hbox {Li}_{11}\hbox {Pt}_{2}\), который также известен при высоком давлении. Наличие водорода в системе приводит к структуре \(I{\bar{4}}3m\) с \(a = 8,856(1)\) Å при 9,74 ГПа. Это сохраняется до \({13,3}\,\mathrm{GPa}\), самого высокого из изученных давлений. Ниже \({2}\,{\mathrm{GPa}}\) в присутствии водорода также наблюдается ГЦК-фаза с крупной элементарной ячейкой \(a = 19,324(1)\) Å при 0,39 ГПа. При нагреве водородсодержащей системы при давлении 4 ГПа фазы \(I{\bar{4}}3m\) сохраняются до температуры плавления лития. В обеих системах плавление лития приводит к потере кристаллической дифракции от фаз, содержащих палладий. Это объясняется растворением палладия в расплавленном литии, и при охлаждении палладий остается диспергированным.

Литий и водород являются элементами с низким Z, которые демонстрируют сложное поведение при высокой плотности, отчасти из-за квантово-механических эффектов, возникающих из-за их малой массы1,2. Оба имеют максимумы на кривых плавления3,4,5 и демонстрируют сложные кристаллические структуры низкой симметрии, несмотря на их кажущуюся простоту при низком давлении6,7. Гидриды металлов под высоким давлением в последнее время привлекли значительное внимание, поскольку было обнаружено, что различные новые соединения образуются только при высоком давлении8,9, некоторые из которых имеют рекордно высокую сверхпроводимость Tc10,11.

Также было обнаружено, что щелочные металлы образуют новые интерметаллиды при высоком давлении12,13,14,15,16, при этом недавно сообщалось о ряде литидов высокого давления14,15,16. Щелочные металлы более электроположительны, чем многие другие металлы, особенно благородные, и перенос заряда от щелочного металла к другому компоненту интерметаллида играет роль в их стабильности14,17.

В литературе сообщается о различных интерметаллидах переходного металла и лития при атмосферном давлении. Обычно их синтезируют путем нагрева реагентов, значительно превышающих точку плавления лития (180 \(^\circ {\mathrm{C}}\) при атмосферном давлении) в инертной атмосфере с оценкой, выполняемой на закаленных продуктах. Они привлекли внимание из-за их потенциального применения в материалах для хранения энергии в качестве анодных материалов для литий-ионных батарей18. По сравнению с современными соединениями интеркаляционного типа они потенциально обладают гораздо более высоким содержанием лития и, следовательно, потенциалом накопления энергии15,18, что мотивирует исследование интерметаллических соединений с высоким содержанием лития.

Палладий — переходный металл, широко используемый в катализе и очистке водорода. Сродство палладия к водороду очень чувствительно к давлению: гидрид палладия \(\hbox {PdH}_x\) образуется при давлении ниже 1 бар. Содержание водорода увеличивается от \(x=0,6\) при образовании до \(x=1\) при нескольких ГПа19. Дальнейшее сжатие не приводило к увеличению содержания гидрида до \({100}\,{\mathrm{GPa}}\)20. Сообщалось о ряде интерметаллидов лития и палладия при нормальном давлении со стехиометрией \(\hbox {LiPd}_{7}\), \(\hbox {LiPd}_{2}\), \(\hbox {LiPd} \), \(\hbox {Li}_{2}\hbox {Pd}\), \(\hbox {Li}_{3}\hbox {Pd}\) и \(\hbox {Li}_ {15}\hbox {Pd}_{4}\)21. Все они были сформированы при высокой температуре и закалены до температуры окружающей среды.

Гидрид палладия-лития, \(\hbox {PdLiH}_x\), \(0,7< x < 1\), также известен и, как было рассчитано, демонстрирует сверхпроводимость, при этом литий с малой массой вносит большой вклад в электрон-фононное взаимодействие22 . Последующие исследования синтезировали его, но не обнаружили сверхпроводимости. Использовались различные условия синтеза, включая спекание эквимолярных смесей LiH и Pd в атмосфере водорода при давлении 10 бар23, нагрев LiPd в \({270}\,{\mathrm{MPa}}\) газообразного водорода24 и сжатие герметичной смеси. LiH и Pd до \({3}\,{\mathrm{GPa}}\) и нагрева до \({773}\,{\mathrm{K}}\)25. Все они дают P4/mmm \(\hbox {LiPdH}_x\) с x, близким к 1. Охлаждение до \({4}\,{\mathrm{K}}\) при давлении окружающей среды23 или при \({270 }\,{\mathrm{MPa}}\)24 не привело к сверхпроводимости. Лю и др.25 измерили удельное сопротивление как функцию температуры и давления от 2 до \({300}\,{\mathrm{K}}\) до \({25,2}\,{\mathrm{GPa}}\ ) и наблюдать минимум удельного сопротивления при давлении \({18,3}\,{\mathrm{GPa}}\), но без сверхпроводимости. Они предполагают, что расхождение между теорией и экспериментом может возникнуть из-за рассеяния на примесях или вакансиях водорода.