Synthesis of BaSiH hydridosilicate at high pressures; A Bridge to BaSiH polyhydride

高圧下でのBaSiHヒドリドケイ酸塩の合成; BaSiHポリハイドライドへの架け橋

Beyer, D. C.*; Spektor, K.*; Vekilova, O. Y.*; Grins, J.*; Barros Brant Carvalho, P. H.*; Leinbach, L. J.*; Sannemo-Targama, M.*; Bhat, S.*; Baran, V.*; Etter, M.*; 佐野 亜沙美   ; 服部 高典   ; Kohlmann, H.*; Simak, S. I.*; Hussermann, U.*

Beyer, D. C.*; Spektor, K.*; Vekilova, O. Y.*; Grins, J.*; Barros Brant Carvalho, P. H.*; Leinbach, L. J.*; Sannemo-Targama, M.*; Bhat, S.*; Baran, V.*; Etter, M.*; Sano, Asami; Hattori, Takanori; Kohlmann, H.*; Simak, S. I.*; Hussermann, U.*

SiH八面体部位を特徴とするヒドリドケイ酸塩は、水素貯蔵と水素化物イオン伝導に関連する潜在的な性質を持つかなり新しい化合物のクラスである。ここでは、Zintl相水素化物BaSiHを4GPa以上の圧力でH流体と反応させ、その後常圧まで減圧して得られた新しい代表的なBaSiHについて報告する。SiHイオンはBa対イオンによって八面体に配位している。Ba原子とSi原子の配置は理想的なfcc NaCl構造からわずかにずれている。IRとラマンスペクトルからSiHの屈曲と伸縮モードがそれぞれ800-1200と1400-1800cmの範囲で観測された。BaSiHは95Cまで熱的に安定であり、それ以上ではBaHとSiに分解する。DFT計算により、直接バンドギャップは2.5eVであることが示された。BaSiHの発見により、ギガパスカル圧力(10GPa以下)のシリサイドの水素化反応からアクセス可能なヒドリドケイ酸塩の化合物クラスが固まった。BaSiHの構造的性質は、超伝導ポリハイドライドBaSiHを予測されるより高い圧力で水素化するための中間体(あるいは前駆体)であることを示唆している。

Hydridosilicates featuring SiH octahedral moieties represent a rather new class of compounds with potential properties relating to hydrogen storage and hydride ion conductivity. Here, we report on the new representative BaSiH obtained from reacting the Zintl phase hydride BaSiH with H fluid at pressures above 4 GPa and subsequent decompression to ambient pressure. It consists of complex SiH ions, which are octahedrally coordinated by Ba counterions. The arrangement of Ba and Si atoms deviates only slightly from an ideal fcc NaCl structure. IR and Raman spectroscopy showed SiH bending and stretching modes in the ranges 800-1200 and 1400-1800 cm, respectively. BaSiH is thermally stable up to 95C above which decomposition into BaH and Si takes place. DFT calculations indicated a direct band gap of 2.5 eV. The discovery of BaSiH consolidates the compound class of hydridosilicates, accessible from hydrogenations of silicides at gigapascal pressures (10 GPa). The structural properties of BaSiH suggest that it presents an intermediate (or precursor) for further hydrogenation at considerably higher pressures to the predicted superconducting polyhydride BaSiH.