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Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12341 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Os sistemas de lítio-paládio e lítio-paládio-hidrogênio são investigados em altas pressões e acima da temperatura ambiente. Dois novos compostos de lítio-paládio são encontrados abaixo \({18.7}\,{\mathrm{GPa}}\). Uma fase de temperatura ambiente é atribuída provisoriamente como \(F{\bar{4}}3m\,\hbox {Li}_{17}\hbox {Pd}_{4}\), com \(a = 17.661(1 )\) Å a 8,64 GPa, isoestrutural com \(\hbox {Li}_{17}\hbox {Sn}_{4}\). A outra fase ocorre em alta temperatura e é \(I{\bar{4}}3m\, \hbox {Li}_{11}\hbox {Pd}_{2}\), \(a = 9,218( 1)\) Å a 3,88 GPa e 200 \(^\circ {\mathrm{C}}\), semelhante a \(\hbox {Li}_{11}\hbox {Pt}_{2}\), que também é conhecido em alta pressão. A presença de hidrogênio no sistema resulta em uma estrutura \(I{\bar{4}}3m\) com \(a = 8,856(1)\) Å a 9,74 GPa. Isso persiste até \({13.3}\,\mathrm{GPa}\), a maior pressão estudada. Abaixo de \({2}\,{\mathrm{GPa}}\) uma fase fcc com uma grande célula unitária, \(a = 19,324(1)\) Å a 0,39 GPa, também é observada na presença de hidrogênio. Ao aquecer o sistema contendo hidrogênio a 4 GPa, as fases \(I{\bar{4}}3m\) persistem até o ponto de fusão do lítio. Em ambos os sistemas, a fusão do lítio resulta na perda de difração cristalina das fases contendo paládio. Isso é atribuído à dissolução do paládio no lítio fundido e, ao resfriar, o paládio permanece disperso.

O lítio e o hidrogênio são elementos de baixo Z que exibem comportamentos complexos em alta densidade, em parte devido aos efeitos da mecânica quântica decorrentes de suas baixas massas1,2. Ambos apresentam máximos em suas curvas de fusão3,4,5 e exibem estruturas cristalinas complexas de baixa simetria, apesar de sua aparente simplicidade em baixa pressão6,7. Hidretos metálicos de alta pressão atraíram atenção considerável recentemente, pois vários compostos novos foram encontrados para se formar apenas em alta pressão8,9, alguns dos quais têm alta supercondutividade de Tc recorde10,11.

Os metais alcalinos também foram encontrados para formar novos intermetálicos em alta pressão12,13,14,15,16, com vários litetos de alta pressão recentemente relatados14,15,16. Os metais alcalinos são mais eletropositivos do que muitos outros metais, particularmente os metais nobres, e a transferência de carga do metal alcalino para o outro componente do intermetálico desempenha um papel na sua estabilidade14,17.

Vários intermetálicos de metal de transição - lítio são relatados na literatura à pressão ambiente. Normalmente, estes são sintetizados pelo aquecimento dos reagentes consideravelmente acima do ponto de fusão do lítio (180 \(^\circ {\mathrm{C}}\) à pressão ambiente), sob uma atmosfera inerte com caracterização realizada em produtos temperados. Estes têm atraído a atenção devido ao seu potencial de aplicação em materiais de armazenamento de energia como materiais anódicos para baterias de íons de lítio18. Em comparação com os compostos atuais do tipo intercalação, eles oferecem teor de lítio potencialmente muito maior e, portanto, potencial de armazenamento de energia15,18, motivando a exploração de compostos intermetálicos ricos em lítio.

O paládio é um metal de transição amplamente utilizado em catálise e purificação de hidrogênio. A afinidade de hidrogênio do paládio é muito sensível à pressão com hidreto de paládio, \(\hbox {PdH}_x\), formando abaixo de 1 bar. O conteúdo de hidrogênio aumenta de \(x=0,6\) na formação para \(x=1\) em alguns GPa19. Compressão adicional não foi observada para resultar em qualquer hidreto superior a \({100}\,{\mathrm{GPa}}\)20. Vários intermetálicos de paládio de lítio foram relatados à pressão ambiente com estequiometrias de \(\hbox {LiPd}_{7}\), \(\hbox {LiPd}_{2}\), \(\hbox {LiPd} \), \(\hbox {Li}_{2}\hbox {Pd}\), \(\hbox {Li}_{3}\hbox {Pd}\) e \(\hbox {Li}_ {15}\hbox {Pd}_{4}\)21. Todos estes foram formados a alta temperatura e temperados à temperatura ambiente.

Hidreto de paládio e lítio, \(\hbox {PdLiH}_x\), \(0.7< x < 1\), também é conhecido e foi calculado para exibir supercondutividade com o lítio de baixa massa fazendo uma grande contribuição para o acoplamento elétron-fônon22 . Estudos subsequentes o sintetizaram, mas não observaram supercondutividade. Várias condições de síntese foram usadas, incluindo sinterização de misturas equimolares de LiH e Pd em uma atmosfera de hidrogênio a 10 bar23, aquecimento de LiPd em \({270}\,{\mathrm{MPa}}\) de gás hidrogênio24 e compressão de uma mistura selada de LiH e Pd para \({3}\,{\mathrm{GPa}}\) e aquecimento para \({773}\,{\mathrm{K}}\)25. Todos eles produzem P4/mmm \(\hbox {LiPdH}_x\) com x próximo a 1. Resfriando para \({4}\,{\mathrm{K}}\) à pressão ambiente23, ou a \({270 }\,{\mathrm{MPa}}\)24 não resultou em supercondutividade. Liu et al.25 mediram a resistividade em função da temperatura e pressão de 2 a \({300}\,{\mathrm{K}}\) até \({25.2}\,{\mathrm{GPa}}\ ) e observe um mínimo na resistividade com pressão em \({18.3}\,{\mathrm{GPa}}\) mas sem supercondutividade. Eles especulam que a discrepância entre teoria e experimento pode surgir da dispersão por impurezas ou vacâncias de hidrogênio.