【供稿：物理学院】日前，吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室马琰铭院士团队在寻找超配位铁的研究中取得了新突破。相关研究成果以“Observation of Iron with Eight Coordination in Iron Trifluoride under High Pressure”为题，于2024年1月18日在线发表于《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)。
配位数对于理解物质的结构和性质具有重要意义，是物质科学研究中备受关注的研究方向。铁是地球上最丰富的元素，常态下铁在化合物中通常只呈现四或六配位的结构特征。高压强极端条件是调控原子堆积方式和配位数的有效手段，已有实验表明高压下的一些氧化物包含八配位铁。此外，配位数还受到中心离子和配位离子半径比的显著影响。马琰铭院士团队考虑氟是离子半径最小的阴离子，分析认为在高压下的Fe-F体系中更有可能出现超配位现象。遗憾的是，以往的实验研究一直都未观察到配位数超过六的铁氟化合物，寻找超配位的铁仍然充满了挑战。为解决该问题，该团队根据自主研发的CALYPSO晶体结构预测方法和第一性原理计算，提出在FeF₃的一个正交高压新相中可能观察到新奇的八配位构型。在模拟工作的驱动下，研究团队针对Fe-F体系开展了系统的高压实验探索，通过激光加热技术克服了相变势垒，最终在46 GPa成功发现了预期的高压新相，并确认了其独特的八配位结构。这项工作在简单的二元体系中发现了罕见的离子型超配位含铁化合物，为极端条件下铁的结构理解奠定了研究基础。

图：FeF₃在高温高压下转变为稀有的八配位结构
该研究成果的第一作者是吉林大学物理学院2021级凝聚态物理专业博士研究生陆文成，吉林大学物理学院物质模拟方法与软件教育部重点实验室刘广韬副教授、刘寒雨教授和马琰铭院士为本文的通讯作者。相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、吉林大学科学技术创新研究团队等项目的资助，以及上海光源同步辐射BL15U1线站的支持。