Группа исследователей из МФТИ с коллегами из Китая и США теоретически обосновала возможность синтеза нового соединения водорода с валовой формулой H6O. Это вещество должно образовываться при сжатии воды до 400 тысяч атмосфер. А если его удастся стабилизировать при меньших давлениях, оно сможет стать практически идеальным топливом.
Детали исследования представлены в статье, которая принята к публикации в журнале Scientific Reports и в настоящее время доступна в виде препринта. Ведущий автор, руководитель лаборатории компьютерного дизайна материалов Артем Оганов рассказал пресс-службе МФТИ, что вещество пока не может иметь практического применения из-за нестабильности при более низких давлениях. Но если удастся найти способ получать и стабилизировать соединение при давлении «хотя бы 2-3 гигапаскаля», то, по словам ученого, «оно могло бы быть революционным не только для ракетного, но и даже для автомобильного топлива. Оно универсальное, чистое и исключительно энергоемкое».
Структура разных форм воды при высоких давлениях. Изображение из статьи исследователей.
Новое соединение, предсказанное Артемом Огановым при помощи разработанного им же метода USPEX*, на молекулярном уровне представляет собой объемную решетку из молекул воды с молекулами водорода внутри ячеек. H6O — это не кислород с шестью ковалентно связанными атомами водорода, а брутто-формула для описания соединения, аналогичного многим минералам — гипс, к примеру, тоже включает сульфат кальция и воду.
*) Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtalloraphy; сходство с русским словом «успех» не случайно.
Метод USPEX предполагает моделирование химических соединений «из первых принципов». Атомы индивидуально моделируются как квантовые объекты, а не рассматриваются как твердые сферы с заранее заданными параметрами. Это обеспечивает более высокую точность, но требует значительных вычислительных ресурсов — поэтому создание экономичного (с точки зрения вычислительных ресурсов), с достаточно широкой сферой применения и корректного алгоритма для моделирования молекулярной структуры является нетривиальной задачей.
Подход, предложенный Артемом Огановым и его группой, позволяет моделировать как сравнительно простые вещества вроде хлорида натрия, так и сложные органические молекулы. С помощью USPEX уже удалось показать, что хлориды щелочных металлов (NaCl , обычная поваренная соль, — один из них) при высоком давлении переходят в ранее неизвестные вещества с необычной атомной структурой.
Кроме МФТИ исследователь работает в университете штата Нью-Йорк Стони-Брук. Пресс-служба МФТИ выражает признательность Артему Оганову за помощь в подготовке материала.
