科学家发现类石墨固态氢

据fuelcellsworks报道：近日，英国的研究人员宣布其发现了一种新的类石墨氢相，氢分子中的H-H结合键断裂，氢原子形成六元环。这种在极高压力下出现的类石墨氢的发现，使得长期以来对金属氢的探索迈出了更重要的一步。

对金属氢的探索始于19世纪末，当时有化学家指出，位于元素周期表中碱金属族最顶端的氢元素应该形成一种金属。1935年，物理学家Eugene Wigner与Hillard Bell Huntington预测氢在高压（约25GPa）下将形成一种金属固体，但是之后的实验中却没有发现在此压力下氢有金属化的迹象，即使之后的实验中采用了更高的压力。实际上，德国马普化学研究所的Mikhail Eremets与Ivan Troyan曾宣布证实在260GPa的高压下可以形成金属氢，但其他科学家认为这一结论不可靠。

金属氢之所以具有诱惑力是因为其重要的用途。例如，有人认为这种材料可应用于室温下的超导体中，从而实现无损能量传输。

氢在极高压下可形成类石墨结构

最近，英国爱丁堡大学的科学家发现了一种新型的固态氢相，他们认为这一发现是金属氢研发迈出的重要一步。将气态氢冷却可以得到三种固态氢相：第一种是形成由自由旋转的分子组成的密排结构；第二种固相与第一种相似，但存在一定程度的定向有序性；第三种固相中的H-H键结合非常弱，此相中的氢一部分是以原子键结合的，而不是以分子为单位存在。没有人能确定在氢的相图中，临界点附近三相相交的区域内，第三种相之外会发生什么。

研究者们将氢和重氢（氘）的样品置于315GPa、300K的金刚石反应室内，通过采用拉曼光谱测试偏振频率，得到H-H键的强度，来衡量其中的氢是否以分子形式存在。他们发现，在220GPa的压力下，样品的主偏振频率迅速降低并出现了与初始频率相同的第二偏振。

这与一位科学家关于新相的预测结果非常接近：氢原子形成不规则的六元环类石墨层，这就可以解释为什么固相中的偏振频率较低；而散布的自由氢分子的存在则解释了第二偏振的出现。这些均匀的类石墨层结构使其呈现出半金属性质。

虽然此研究中测得的1.8eV的电子能阶与金属的能阶相比仍然太大了，但是研究中所采用的实验技术可以用于未来的研究中。