摘要：在追求钻石合成的实验中，SLAC国家加速器实验室的科学家们创造了一个化学史上的意外奇迹：首次合成出纯金氢化物。这种仅由金和氢原子组成的化合物颠覆了传统化学理论，为理解极端条件下的物质行为开辟了全新领域。

信息来源：https://scitechdaily.com/rewriting-chemical-rules-researchers-accidentally-create-unprecedented-new-gold-compound/

在追求钻石合成的实验中，SLAC国家加速器实验室的科学家们创造了一个化学史上的意外奇迹：首次合成出纯金氢化物。这种仅由金和氢原子组成的化合物颠覆了传统化学理论，为理解极端条件下的物质行为开辟了全新领域。

这项发表在《应用化学国际版》上的研究源于一次"美丽的意外"。研究团队原本计划在德国欧洲X射线自由电子激光器设施中研究碳氢化合物如何在极端条件下转化为钻石。他们将碳氢化合物样品放置在金箔上，利用金的惰性特质作为X射线吸收剂向样品传热。然而，在超过地幔压力和1777摄氏度的极端条件下，"惰性"的黄金竟然与氢发生了化学反应。

研究主要作者蒙戈·弗罗斯特表示："这完全出乎意料，因为黄金通常化学性质极为稳定且不活跃——这正是我们选择它作为X射线吸收剂的原因。这些结果表明，在极端条件下，温度和压力的影响开始与传统化学规律竞争，从而可能形成许多全新的化学反应。"

超离子态氢的奇异世界

左图为X射线自由电子激光器发出的强脉冲示意图，该脉冲将压缩的碳氢化合物样品加热至极端条件，导致金和氢发生反应，形成氢化金（中）。图中金原子（图中金色部分）固定在六方晶格中，而氢（图中白色部分）则以“超离子”状态自由扩散。图片来源：Greg Stewart/SLAC国家加速器实验室

在实验创造的极端环境中，氢展现出了前所未见的行为模式。X射线散射数据显示，氢原子进入了一种被称为"超离子"的致密状态，在固定的金晶格结构内自由扩散移动。这种状态下的金氢化物表现出增强的导电性，为研究极端条件下的材料特性提供了宝贵窗口。

传统上，氢由于质量轻、X射线散射能力弱而难以直接研究。但在这项实验中，超离子氢与重金原子的相互作用使科学家能够间接观察氢的行为。弗罗斯特解释道："我们可以利用金晶格来观察氢的行为模式，这为研究致密氢提供了全新方法。"

这种观察方法的突破意义重大。致密氢不仅构成了某些行星的内部结构，还是恒星核聚变反应的关键参与者。在实验室中成功创造和研究这种状态的氢，为理解从木星内核到太阳中心的极端环境提供了前所未有的机会。

极端化学的新边疆

金氢化物的成功合成挑战了化学界的基本认知。黄金长期以来被视为最稳定的金属之一，其化学惰性是其作为货币和珠宝材料的重要特征。然而，在超高压和高温条件下，这种"惰性"金属展现出了完全不同的化学活性。

更令人惊讶的是，这种金氢化物只能在极端条件下保持稳定。当温度降低时，金和氢会重新分离，回到各自的单质状态。计算机模拟进一步显示，在更高压力下，金晶格能够容纳更多氢原子，暗示着可能存在多种不同化学计量比的金氢化物。

在极端条件下——例如行星中心或爆炸恒星中的条件——物质可以进入其他具有独特特征的奇异相态。在SLAC，研究人员正在研究迄今为止最极端、最奇特的物质形态，其详细程度前所未有。图片来源：SLAC国家加速器天文台

SLAC高能密度部门主任、该研究首席研究员西格弗里德·格伦泽指出："重要的是，我们能够在这些极端条件下通过实验生成并模拟这些状态。这些模拟工具可以应用于研究极端条件下其他奇异材料的特性。"

这一发现为"极端化学"这一新兴领域奠定了重要基础。在行星深处、恒星内部或实验室创造的极端环境中，物质可能表现出与常规条件下截然不同的化学行为。传统化学理论在这些环境中可能不再适用，需要全新的理论框架来解释和预测物质的行为。

宇宙级应用前景

金氢化物的研究价值远超实验室范畴，为多个科学领域提供了重要启示。在天体物理学领域，这项发现有助于理解气态巨行星如木星和土星的内部结构。这些行星的核心存在极高的压力和温度，可能产生类似的奇异化合物。

在核聚变研究方面，对致密氢行为的深入理解对开发清洁能源技术至关重要。太阳和其他恒星通过氢核聚变释放巨大能量，而地球上的聚变反应堆项目正试图复制这一过程。金氢化物研究提供的致密氢特性数据，可能为优化聚变反应条件提供关键信息。

此外，这项研究还可能推动材料科学的革命性进展。如果科学家能够找到在相对温和条件下稳定这些极端化合物的方法，可能会产生具有独特性能的新型材料，在电子学、催化和能源存储等领域发挥重要作用。

实验技术的突破同样值得关注。欧洲X射线自由电子激光器能够产生极短、极强的X射线脉冲，结合金刚石压砧创造的超高压环境，为研究极端条件下的物质提供了前所未有的工具。这种技术组合预计将在未来发现更多"不可能存在"的化合物。

研究团队已经开始探索将这一发现扩展到其他金属-氢体系的可能性。如果银、铜或其他贵金属在极端条件下也能形成稳定的氢化物，将进一步丰富我们对极端化学的认识。

这项研究不仅改写了化学教科书中关于金的章节，更重要的是为人类探索宇宙奥秘提供了新的科学工具。正如研究团队所言，在这些看似不可能的条件下进行的实验，可能蕴藏着解开自然界最深层秘密的钥匙。

来源：人工智能学家