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科研人員新發現:在極端高壓下氫可變"石墨烯"

關鍵詞 石墨烯|2014-12-22 10:23:29|來源 中國超硬材料網
摘要 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...
       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。
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