在极端热力学条件下水是一种超酸
化学物理
2025-03-17 v1 材料科学
摘要
极端压力和温度下水的化学行为是塑造行星内部过程的核心，影响深层碳循环，并支撑了创新的高温高压材料合成。最近的实验表明，在极端条件下浸没在电离水中的碳氢化合物会转化为重质碳氢化合物和纳米金刚石。然而，目前对极端条件下水的化学性质及其在碳氢化合物缩合中的作用仍知之甚少。在这里，使用结合增强采样技术和机器学习原子间势的从头算分子动力学模拟，我们表明在高温下增加压力会诱导水发生电离，创造出一个类似超酸的环境，有利于碳氢化合物质子化为瞬态的五配位碳鎓离子，如 CH。这些难以捕捉的中间体释放分子氢并产生高活性的碳正离子，推动碳氢化合物链向纳米金刚石生长。我们展示了水电离与压力诱导的甲烷极化如何共同导致超酸驱动的碳氢化学，这在温和得多的条件下已广为人知。我们的研究结果首次揭示了超酸水环境，并确立了极端条件下超酸化学的存在。此外，它们提供了一个统一的反应网络，解释了行星内部和高温高压实验等环境中的化学转化。
引用
@article{arxiv.2503.10849,
title = {Water is a superacid at extreme thermodynamic conditions},
author = {Thomas Thévenet and Axel Dian and Alexis Markovits and Sandro Scandolo and Arthur France-Lanord and Flavio Siro Brigiano},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.10849},
year = {2025}
}