作者:Ivan I. Naumov 来源:《化学研究述评》 发布时间:2014/12/25 16:07:41
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极端高压条件下氢转化成单层片状结构

 

华盛顿卡耐基研究院的科研人员伊凡·瑙莫夫和罗素·赫姆利对氢的化学性质进行深入研究后发现,在极端压力下,氢与石墨烯具有惊人的相似之处。这一研究成果是12月份《化学研究述评》的封面推荐文章。

瑙莫夫和赫姆利的科研团队在正常大气压的200万至350万倍压力条件下对氢的变化进行了观察。出人意料的是,在极端高压条件下氢转化成了单层片状结构,与多年前科学家的预测大相径庭。

氢是宇宙中最丰富的元素。氢的结构简单得出奇——每个氢原子由一个单电子构成。早在一个世纪以前量子力学诞生时,氢就成了化学键理论的试验场。不过,上世纪30年代科学家利用早期量子力学模型推测,极端高压条件下氢会变成像金属一样光泽且导电性强的物质。

据物理学家组织网12月17日(北京时间)报道,科研人员发现,氢环(6个氢原子)的单层片状结构与碳的化合物石墨烯十分类似。每层石墨烯都包含若干由6个碳原子构成的碳环并呈现出蜂窝状结构。石墨烯约在10年前合成,它的质量很轻,但是却极其强韧,而且具有非常好的导电、导热性能。这些特征预示着一系列革命性技术,例如先进的光学电子屏幕、高性能光伏电池等。

研究结果表明,特殊条件下氢结构的稳定性源于氢环的内在稳定性。这些氢环也具有“芳香性”,这在含碳分子苯以及石墨烯中是很好理解的:芳香结构呈现出一种环状,可以看作是单键碳原子和双键碳原子的交替排列。实际上,构成这些单双键原子交替排列的电子会在环形结构的内侧漂浮,这增加了环形结构的稳定性。

这一研究推翻了一个预测,也证实了另一个预测。尽管发现致密的氢原子单层片状结构让很多人感到惊讶,然而在三十年前,石墨烯未被发现之时,化学家就曾根据简单的化学理论预测出这种结构。这次研究对此有所证实,而且有进一步发现。(来源:科技日报 刘园园)

 
 
 
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