極端高壓下，氫變“石墨烯”
- 發佈時間：2014-12-18 01:30:53 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 （記者劉園園）華盛頓卡耐基研究院的科研人員伊凡·瑙莫夫和羅素·赫姆利對氫的化學性質進行深入研究後發現，在極端壓力下，氫與石墨烯具有驚人的相似之處。這一研究成果是12月份《化學研究述評》的封面推薦文章。
瑙莫夫和赫姆利的科研團隊在正常大氣壓的200萬至350萬倍壓力條件下對氫的變化進行了觀察。出人意料的是，在極端高壓條件下氫轉化成了單層片狀結構，與多年前科學家的預測大相徑庭。
氫是宇宙中最豐富的元素。氫的結構簡單得出奇——每個氫原子由一個單電子構成。早在一個世紀以前量子力學誕生時，氫就成了化學鍵理論的試驗場。不過，上世紀30年代科學家利用早期量子力學模型推測，極端高壓條件下氫會變成像金屬一樣光澤且導電性強的物質。
據物理學家組織網12月17日（北京時間）報道，科研人員發現，氫環（6個氫原子）的單層片狀結構與碳的化合物石墨烯十分類似。每層石墨烯都包含若干由6個碳原子構成的碳環並呈現出蜂窩狀結構。石墨烯約在10年前合成，它的品質很輕，但是卻極其強韌，而且具有非常好的導電、導熱性能。這些特徵預示著一系列革命性技術，例如先進的光學電子螢幕、高性能光伏電池等。
研究結果表明，特殊條件下氫結構的穩定性源於氫環的內在穩定性。這些氫環也具有“芳香性”，這在含碳分子苯以及石墨烯中是很好理解的：芳香結構呈現出一種環狀，可以看作是單鍵碳原子和雙鍵碳原子的交替排列。實際上，構成這些單雙鍵原子交替排列的電子會在環形結構的內側漂浮，這增加了環形結構的穩定性。
這一研究推翻了一個預測，也證實了另一個預測。儘管發現緻密的氫原子單層片狀結構讓很多人感到驚訝，然而在三十年前，石墨烯未被發現之時，化學家就曾根據簡單的化學理論預測出這種結構。這次研究對此有所證實，而且有進一步發現。
總編輯圈點
百萬倍大氣壓，在地球上算是極端高壓條件了，但放到整個宇宙中，這恐怕就變成再普通不過的情況了。作為元素週期表上的起始元素和宇宙中最豐富的元素，氫在所謂高壓條件下的種種變化都將是我們窺探宇宙結構的一個窗口。當然，氫能變“石墨烯”，其他元素怎麼樣呢？科學家們會有興趣繼續嘗試的。
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