近日，吉林大学计算方法与软件国际中心马琰铭教授和王彦超教授在SO2的高温高压歧化反应研究中获得新突破。相关研究成果以“Disproportionation of SO₂ at High Pressure and Temperature”为题，于2022年03月10日在线发表在Physical Review Letters杂志上。

        硫是一种典型的多价态元素，在不同的氧化还原条件下会展现出不同的价态（-2到+6），广泛参与地球内部的多种化学过程。氧是地球上含量最丰富的元素之一，与人类息息相关。探索硫氧化合物在高温高压下的存在形式和价态变化，对于理解地球内部硫和氧循环过程具有重要意义，是高压物理、高压化学长期关注的焦点。常压下，S-O以SO₂的分子形式存在，其中S表现为+4。在高压作用下，SO₂会经历一系列结构相变，形成聚合相，甚至在~26 GPa转变为聚合非晶相。

        前期研究发现，一些简单分子体系（如CO, CH₄, NO 和H₂S等）在高温高压下会发生歧化反应，SO₂是否也会存在类似的行为呢？马琰铭教授研究团队利用自主研发的CALYPSO晶体结构预测方法，预言了稳定的SO₃结构【图一(a)】，发现在高压下SO₃是S-O化合物最稳定的存在形式。进一步的第一性原理计算表明SO2在高温高压下也会发生歧化反应，形成SO₃和S单质。

图一 Rc-SO₃晶体结构图以及SO₂含温相图

        为了验证理论预言，团队采用激光加热的DAC实验对SO₂高温高压行为开展了研究。通过拉曼和XRD测量证实了在高温高压下SO₂的确发生歧化反应，形成了SO₃和S单质（图二）。该研究重构了SO₂的温压相图，表明常压稳定存在的SO₂在高温高压下将不再稳定。研究工作为理解地幔内部的S循环提供了新途径。

图二 激光加热前后SO₂的拉曼及粉末X射线衍射图谱