極端高壓下，氫變“石墨烯”

　　華盛頓卡耐基研究院的科研人員伊凡?瑙莫夫和羅素?赫姆利對氫的化學性質進行深入研究后發現，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《化學研究述評》的封面推薦文章。

　　瑙莫夫和赫姆利的科研團隊在正常大氣壓的200萬至350萬倍壓力條件下對氫的變化進行了觀察。出人意料的是，在極端高壓條件下氫轉化成了單層片狀結構，與多年前科學家的預測大相徑庭。

　　氫是宇宙中最豐富的元素。氫的結構簡單得出奇――每個氫原子由一個單電子構成。早在一個世紀以前量子力學誕生時，氫就成了化學鍵理論的試驗場。不過，上世紀30年代科學家利用早期量子力學模型推測，極端高壓條件下氫會變成像金屬一樣光澤且導電性強的物質。

　　據物理學家組織網12月17日(北京時間)報道，科研人員發現，氫環(6個氫原子)的單層片狀結構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個碳原子構成的碳環并呈現出蜂窩狀結構。石墨烯約在10年前合成，它的質量很輕，但是卻極其強韌，而且具有非常好的導電、導熱性能。這些特征預示著一系列革命性技術，例如先進的光學電子屏幕、高性能光伏電池等。

　　研究結果表明，特殊條件下氫結構的穩定性源于氫環的內在穩定性。這些氫環也具有“芳香性”，這在含碳分子苯以及石墨烯中是很好理解的：芳香結構呈現出一種環狀，可以看作是單鍵碳原子和雙鍵碳原子的交替排列。實際上，構成這些單雙鍵原子交替排列的電子會在環形結構的內側漂浮，這增加了環形結構的穩定性。

　　這一研究推翻了一個預測，也證實了另一個預測。盡管發現致密的氫原子單層片狀結構讓很多人感到驚訝，然而在三十年前，石墨烯未被發現之時，化學家就曾根據簡單的化學理論預測出這種結構。這次研究對此有所證實，而且有進一步發現。