Новости химической науки > Расчет свойств фторида меди(I) опровергает учебники

Результаты нового научного исследования не только противоречат содержанию учебников по неорганической химии, но также предполагают существование нового материала для использования в фотохимических приложениях. Фактически, Арон Уолш (Aron Walsh) из Университета Бат (Великобритания), проводивший квантово-химические исследования, описывает фторид меди(I) как «отсутствующий полупроводник», располагающийся между оксидом цинка и нитридом галлия.

Предложенная на основании квантово-химических расчетов структура CuF. (Рисунок из Chem. Sci., 2012, DOI: 10.1039/c2sc20321a)

Информация о фториде одновалентной меди в учебниках по неорганической химии противоречива – в некоторых написано, что CuF не существует, а в других – что он был синтетизрван в 1933 году и имеет структуру сфалерита. Именно такую информацию и обнаружил Уолш с соавторами, когда он попытался провести систематическое исследование типов кристаллов, образуемых определенными типами неорганических веществ. Однако моделирование структуры сфалерита для CuF показало, что соединение в такой форме не должно быть устойчивым, что побудило исследователей провести дополнительные теоретические исследования и литературные поиски. Тем не менее, повторный литературный поиск показал, что в базах данных содержится лишь та информация о фториде одновалентной меди, которая приводилась в статье 1933 года.

Исследование кристаллических структур продолжалось, однако загадка CuF все еще волновала исследователей. Исследователи решили провести дополнительные расчеты, чтобы понять, может ли вообще существовать фторид одновалентной меди. Уолш отмечает, что он пытался понять, какой структурой должен обладать материал, и какими химическими свойствами он должен обладать.

Квантово-химические методы позволили исследователям сформулировать два вывода – хороший и плохой. Хорошим выводом можно считать принципиальную возможность существования фторида одновалентной меди, а плохой – результаты расчетов предсказывали для фторида меди совсем не те свойства, которые были приведены в статье 1933 года. Уолш дипломатично отмечает, что в начале века исследователи что угодно, но не CuF, скорее всего, допустив ошибку при интерпретации своих экспериментов.

В соответствии с результатами расчета фторид одновалентной меди обладает не структурой сфалерита, а образует длинные цепи, такое строение кристаллической решетки характерно для киновари. Расчеты показывают, что CuF должен обладать многообещающими и оптическими и электропроводными свойствами, включая потенциал ионизации, значение которого позволяет предположить, что легирование CuF оксидом цинка или оксидом одновалентной меди может создать фотогальваническую систему второго типа.

Майк Нолан, специалист по компьютерному моделированию химических систем отмечает, что работа Уолша представляет собой прекрасный пример использования современных вычислительных методов химии. Он добавляет, что возможность компьютерной химии предсказывать свойства новых материалов с высокой точностью должна вскоре изменить стратегию развития синтетической химии – он полагает, что квантово-химические методы должны быть первичны в разработке структуры материала с требуемыми свойствами, а уже на основании этих расчетов специалисты по синтезу – органическому или неорганическому, должны стараться получить эти предсказанные материалы.

Источник: Chem. Sci., 2012, DOI: 10.1039/c2sc20321a

метки статьи: #квантовая химия, #неорганическая химия