科技日報(bào)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(xué)性質(zhì)進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)，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(xué)研究述評》的封面推薦文章。

　　瑙莫夫和赫姆利的科研團(tuán)隊(duì)在正常大氣壓的200萬至350萬倍壓力條件下對氫的變化進(jìn)行了觀察。出人意料的是，在極端高壓條件下氫轉(zhuǎn)化成了單層片狀結(jié)構(gòu)，與多年前科學(xué)家的預(yù)測大相徑庭。

　　氫是宇宙中最豐富的元素。氫的結(jié)構(gòu)簡單得出奇——每個(gè)氫原子由一個(gè)單電子構(gòu)成。早在一個(gè)世紀(jì)以前量子力學(xué)誕生時(shí)，氫就成了化學(xué)鍵理論的試驗(yàn)場。不過，上世紀(jì)30年代科學(xué)家利用早期量子力學(xué)模型推測，極端高壓條件下氫會變成像金屬一樣光澤且導(dǎo)電性強(qiáng)的物質(zhì)。

　　據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)12月17日（北京時(shí)間）報(bào)道，科研人員發(fā)現(xiàn)，氫環(huán)（6個(gè)氫原子）的單層片狀結(jié)構(gòu)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(gè)碳原子構(gòu)成的碳環(huán)并呈現(xiàn)出蜂窩狀結(jié)構(gòu)。石墨烯約在10年前合成，它的質(zhì)量很輕，但是卻極其強(qiáng)韌，而且具有非常好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。這些特征預(yù)示著一系列革命性技術(shù)，例如先進(jìn)的光學(xué)電子屏幕、高性能光伏電池等。

　　研究結(jié)果表明，特殊條件下氫結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性源于氫環(huán)的內(nèi)在穩(wěn)定性。這些氫環(huán)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(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出一種環(huán)狀，可以看作是單鍵碳原子和雙鍵碳原子的交替排列。實(shí)際上，構(gòu)成這些單雙鍵原子交替排列的電子會在環(huán)形結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)漂浮，這增加了環(huán)形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

　　這一研究推翻了一個(gè)預(yù)測，也證實(shí)了另一個(gè)預(yù)測。盡管發(fā)現(xiàn)致密的氫原子單層片狀結(jié)構(gòu)讓很多人感到驚訝，然而在三十年前，石墨烯未被發(fā)現(xiàn)之時(shí)，化學(xué)家就曾根據(jù)簡單的化學(xué)理論預(yù)測出這種結(jié)構(gòu)。這次研究對此有所證實(shí)，而且有進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　百萬倍大氣壓，在地球上算是極端高壓條件了，但放到整個(gè)宇宙中，這恐怕就變成再普通不過的情況了。作為元素周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(jié)構(gòu)的一個(gè)窗口。當(dāng)然，氫能變“石墨烯”，其它元素怎么樣呢？科學(xué)家們會有興趣繼續(xù)嘗試的。