高溫高壓下氯化鈉化學反應的拉曼光譜表征

作者：田雨,肖萬生,何運鴻,趙慧芳,姜峰,譚大勇,陳鳴

摘要：氯化鈉(NaCl)是一種典型的離子化合物,它的高溫高壓行為研究對高壓物理和化學具有重要的基礎和應用意義。為探索NaCl在高溫高壓下的化學反應性,我們利用金剛石壓腔高壓裝置和雙面激光加熱技術在85 GPa壓力范圍內對NaCl樣品進行(1800±300) K高溫處理,并對淬火后的樣品進行拉曼光譜測試。實驗結果表明,在壓力大于31 GPa時, NaCl分解為斜方結構的NaCl3 (Pnma)和四方結構的Na3Cl (P4/mmm)。NaCl高溫高壓下分解產生非1∶1化學配比的NaCl3和Na3Cl等非常規化合物,表現出與傳統認識截然不同的高溫高壓性質。這一化學反應表明高溫高壓下Cl-Cl共價鍵、Na-Na金屬鍵與常規Na-Cl離子鍵競爭的結果,可能更有利于NaCl3和Na3Cl組合的穩定出現。金剛石壓腔實驗中NaCl樣品層中存在較大溫度梯度,使得樣品體系處于一種非平衡狀態,這種非平衡態可能是本研究中觀察到NaCl發生分解反應的關鍵。另外,樣品體系中用作激光吸收材料的過渡金屬氧化物的催化作用可能是促進NaCl分解的另一個因素。高溫高壓下Pnma-NaCl3化合物的穩定出現,表明地球下地幔深處氯元素也許可以以三氯聚陰離子(Cl3^-)形式存在,這種可能的獨特賦存方式可以為理解地球演化過程中Cl以及其他鹵素元素的分配分異行為提供不同的視角。

發文機構：中國科學院廣州地球化學研究所礦物學與成礦學重點實驗室 廣東省礦物物理與材料研究開發重點實驗室 中國科學院大學

關鍵詞：NACL高溫高壓拉曼光譜NaCl3和Na3ClNaClhigh pressure and high temperatureRaman spectraNaCl3 and Na3Cl

分類號： P599[天文地球—地球化學]O611.4[天文地球—地質學]