科學家發現類石墨固態氫

據fuelcellsworks報道：近日
，英國的研究人員宣布其發現了一種新的類石墨氫相，氫分子中的H-H結合鍵斷裂，氫原子形成六元環。這種在極高壓力下出現的類石墨氫的發現
，使得長期以來對金屬氫的探索邁出了更重要的一步。

對金屬氫的探索始於19世紀末，當時有化學家指出
，位於元素周期表中堿金屬族最頂端的氫元素應該形成一種金屬。1935年，物理學家Eugene Wigner與Hillard Bell Huntington預測氫在高壓（約25GPa）下xia將jiang形xing成cheng一yi種zhong金jin屬shu固gu體ti

，但dan是shi之zhi後hou的de實shi驗yan中zhong卻que沒mei有you發fa現xian在zai此ci壓ya力li下xia氫qing有you金jin屬shu化hua的de跡ji象xiang，即ji使shi之zhi後hou的de實shi驗yan中zhong采cai用yong了le更geng高gao的de壓ya力li。實shi際ji上shang

，德de國guo馬ma普pu化hua學xue研yan究jiu所suo的deMikhail Eremets與Ivan Troyan曾宣布證實在260GPa的高壓下可以形成金屬氫，但其他科學家認為這一結論不可靠。

金屬氫之所以具有誘惑力是因為其重要的用途。例如
，有人認為這種材料可應用於室溫下的超導體中，從而實現無損能量傳輸。

氫在極高壓下可形成類石墨結構

最近
，英國愛丁堡大學的科學家發現了一種新型的固態氫相
，他們認為這一發現是金屬氫研發邁出的重要一步。將氣態氫冷卻可以得到三種固態氫相：第一種是形成由自由旋轉的分子組成的密排結構；第二種固相與第一種相似，但存在一定程度的定向有序性；第三種固相中的H-H鍵(jian)結(jie)合(he)非(fei)常(chang)弱(ruo)
，此(ci)相(xiang)中(zhong)的(de)氫(qing)一(yi)部(bu)分(fen)是(shi)以(yi)原(yuan)子(zi)鍵(jian)結(jie)合(he)的(de)，而(er)不(bu)是(shi)以(yi)分(fen)子(zi)為(wei)單(dan)位(wei)存(cun)在(zai)。沒(mei)有(you)人(ren)能(neng)確(que)定(ding)在(zai)氫(qing)的(de)相(xiang)圖(tu)中(zhong)，臨(lin)界(jie)點(dian)附(fu)近(jin)三(san)相(xiang)相(xiang)交(jiao)的(de)區(qu)域(yu)內(nei)，第(di)三(san)種(zhong)相(xiang)之(zhi)外(wai)會(hui)發(fa)生(sheng)什(shen)麼(me)。

研究者們將氫和重氫（氘）的樣品置於315GPa
、300K的金剛石反應室內，通過采用拉曼光譜測試偏振頻率，得到H-H鍵的強度，來衡量其中的氫是否以分子形式存在。他們發現
，在220GPa的壓力下，樣品的主偏振頻率迅速降低並出現了與初始頻率相同的第二偏振。

這與一位科學家關於新相的預測結果非常接近：氫原子形成不規則的六元環類石墨層，這就可以解釋為什麼固相中的偏振頻率較低；而散布的自由氫分子的存在則解釋了第二偏振的出現。這些均勻的類石墨層結構使其呈現出半金屬性質。

雖然此研究中測得的1.8eV的電子能階與金屬的能階相比仍然太大了，但是研究中所采用的實驗技術可以用於未來的研究中。