一种合成金属氢的新思路

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翻新时间：2023-06-29

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一种合成金属氢的新思路

摘要：文章介绍了金属氢的研究意义、应用前景与高压试验方法。简明回顾了金属氢的研究历史与进展。提出了一种在传统方法中引入化学方法的新思路。

关键词：合成金属；氢；实验方法

1 概述

金属氢有重要的理论与应用价值，在木星等天体中氢是主要成分，金属氢也被认为会存在于这些大质量的行星内部研究金属氢的性质，对于了解和解释它们的内部结构和强磁现象是很重要的。Ashcrof曾提出金属氢可能具有很高的超导转变温度，是一种很理想的超导材料。金属氢的高密度特点也使其成为一种理想的储氢方式、高能燃料。因此如果能用人工的方法合成出金属氢，将有特别重大的意义。

2 金属氢研究的历史回顾

2.1 实验方法

因此现在更多采用的是静态压缩法中的金刚石压砧（DAC）技术，DAC技术的优点是不仅可以持续产生高达300GPa的压力，而且由于金刚石窗口可透过高能X射线、γ射线和低能紫外线、可见光、红外线，因此通过它可以进行光吸收和反射、拉曼和布里渊散射、X 射线和中子衍射等各种物性测量和相变研究。DAC设备并不大，只是2块金刚石靠在一起，中间有线度为几十微米的空间放置固态氢。

2.2 进展

3 新思路

传统方法一直试图通过高压使共价键断裂，将氢分子解离成氢原子转化为金属氢。化学反应产生新物质的本质是旧化学键断裂和新化学键形成的过程，但超高压使化学键断裂的效果并不好，即使在250GPa的压力下，氢分子中的共价键也没有断裂。而这个问题兴许可以通过引入化学方法巧妙的解决。

高压难以破坏的共价键，可以用简单的化学反应破坏。例如氢气的不稳定同素异形体三原子氢，就可用低压放电管制备。[3]将高压和电化学反应结合起来，可能会产生新的突破。

旧键断裂必然伴随着新键产生与新物质的生成，用化学方法打破H2的共价键意味着氢元素也会参与反应，产生其他物质，所以除了H2产生三原子氢的反应外，其他化学反应似乎无法利用。但我们不妨逆向思维：不是把H2置于高压下，而是把产生氢单质H2的化学反应置于高压下进行，相当于直接压缩反应中间体，绕开了使H2共价键断裂的问题，在高压下可能产生新的氢单质，例如金属氢。

3.1 化学方法

将产氢的化学反应置于高压下进行，在高压条件下产生的氢单质可能不是氢气H2，而是氢的其他同素异形体。可能利用的产氢反应如碘化氢的分解、水的电解、酸与金属的反应等。

3.2 电方法

虽然250GPa的高压也无法破坏H2的共价键，但低压放电管中却可以产生一种氢的同素异形体：H3。用里德伯光谱可直接测定H3的结构，它的三个氢原子核排列成一个等边三角形，这是一种极不稳定的氢单质，存在时间极短。但可能对于合成金属氢具有潜在价值。

参考文献

[1]Wigner E， Huntington H B. J. Chem. Phys.，1935，3：764.

[3]Naturwissenschaftliche Rundschau，1981.

作者简介：胡一凡（1991，5-），男，北京人，本科，研究方向：物理实验。