Кремний с двумерной структурой

Кремний, полуметалл, связывается в своей естественной форме с четырьмя другими элементами, а его трехмерная структура принимает форму тетраэдра. Долгое время казалось невозможным достичь синтеза и описания двумерного эквивалента — геометрически говоря, квадрата. Теперь ученым из области неорганической химии Гейдельбергского университета удалось создать кристаллический комплекс такой конфигурации. Доктор медицинских наук Лутц Греб из Института неорганической химии подчеркивает, что он обладает удивительными физическими и химическими свойствами и в области молекулярной химии откроет новые подходы к использованию второго по распространенности элемента в земной коре для катализа и исследования материалов. .

Как классический полуметалл, кремний обладает свойствами как металлов, так и неметаллов и принадлежит к группе углерода в периодической таблице. Как и углерод, кремний связывается с четырьмя элементами. Его трехмерная структура соответствует тетраэдру, телу с четырьмя сторонами. Из-за высокой стабильности тетраэдра другие структуры в природном кремнии с четырьмя связями неизвестны, сокращенно кремний (IV). С чисто геометрической точки зрения двумерным эквивалентом тетраэдра является квадрат. Эти конфигурации уже известны для углерода, но, по словам доктора Греба, квадратно-плоская структура еще не была получена в области химии кремния (IV) , даже после более чем 40 лет интенсивных усилий.

Рабочей группе доктора Греба впервые удалось синтезировать и полностью охарактеризовать плоско-квадратную форму кремния (IV). Это удалось показать с помощью рентгеновской кристаллографии. Ученые вырастили монокристалл, который они облучали тонко сфокусированным пучком рентгеновских лучей. Дифракция рентгеновских лучей при встрече с атомами монокристалла привела к безошибочной картине, по которой можно вычислить положение ядер атомов. Это измерение позволило исследователям показать, что они имеют дело с молекулами с квадратно-плоским кремнием (IV). Дальнейшие исследования спектроскопическими методами подтвердили эту конфигурацию. Он демонстрирует физические и химические свойства, которых исследователи не ожидали, например цвет в естественно бесцветном классе веществ.

«Синтезировать эту конфигурацию из выбранных нами компонентов сравнительно просто, если вы поняли ключевые условия», — объясняет доктор Фабиан Эбнер, который тем временем является научным сотрудником Института неорганической химии. Однако ученых удивило то, что плоско-квадратная молекула кремния (IV) вообще представляет собой стабильное, изолируемое соединение. «Из-за высокой реакционной способности существует множество возможных способов разложения. Тем не менее, мы всегда считали, что можно выделить это соединение», — подчеркивает д-р Греб.

Лутц Греб получил стартовый грант Европейского исследовательского совета (ERC) за свои исследования в области структурно ограниченных элементов основной группы. Фонд немецкого бизнеса поддержал работу Фабиана Эбнера. Результаты исследования опубликованы в журнале Chem .

Дополнительная информация: Fabian Ebner et al., Изолированный кристаллический комплекс плоско-квадратного кремния (IV), Chem (2021). DOI: 10.1016 / j.chempr.2021.05.002

Иллюстрация: Ebner/Greb (Heidelberg)

Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК