Structural Evolution of Carbon Dioxide under High Pressure

高价分子 化学 SN2反应 八面体 粘结长度 分子 结晶学 高压 晶体结构 立体化学 热力学 物理化学 有机化学 试剂 物理
作者
Cheng Lü,Maosheng Miao,Yanming Ma
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:135 (38): 14167-14171 被引量:135
标识
DOI:10.1021/ja404854x
摘要

Using an efficient structure search method based on a particle swarm optimization algorithm, we study the structural evolution of solid carbon dioxide (CO2) under high pressure. Our results show that, although it undertakes many structural transitions under pressure, CO2 is quite resistive to structures with C beyond 4-fold coordination. For the first time, we are able to identify two 6-fold structures of solid CO2 with Pbcn and Pa3 symmetries that become stable at pressures close to 1 TPa. Both structures consist of a network of C-O octahedra, showing hypervalence of the central C atoms. The C-O bond length varies from 1.30 to 1.34 Å at the 4-fold to 6-fold transition, close to the C-O distance in the transition state of a corresponding S(N)2 reaction. It has been a longstanding and challenging objective to stabilize C in a hypervalent state, particularly when it is bonded with nonmetallic elements. Most of the work so far has focused on synthesizing organic molecules with a high coordination number of C. Our results provide a good measure of the resistivity of C toward forming hypervalent compounds with nonmetallic elements and of the barrier of reaction involving C-O bonds.

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