在极端高温和高压下，金与氢意外结合

wakeman

在我们对化学元素的认识中，金（Au）一直是个“孤僻”的角色。它是一种化学惰性很高的金属，很少与其他元素反应。而氢（H），作为宇宙中最轻、最丰富的元素，却可以与许多金属形成金属氢化物。但直到近年来，科学家才开始深入探索金与氢之间的化学作用。


在一项新的研究中，一个国际研究团队在一次原本要探究碳氢化合物在极高压力和温度下形成金刚石所需的时间的实验中，意外合成了氢化金。这是科学界首次合成金与氢的固态二元化合物。这一结果让人们得以窥探在某些行星或氢聚变恒星深处那样的极端环境中，化学规律会如何发生改变。




  极端条件下的意外发现  


最初，研究人员想要用欧洲X射线自由电子激光器（European XFEL），来观察被嵌入了金箔的碳氢化合物在极端高压高温下会发生什么。加入金箔的目的是为了让金吸收X射线，并加热吸收能力较弱的碳氢化合物。


研究人员设计了一系列高压高温实验：他们利用金刚石压腔，将碳氢化合物样品压缩到比地幔内部还要高的压力，再用X射线脉冲反复照射样品，使样品温度加热至2200开尔文（K）。接着，他们记录了X射线的散射信号，并对散射模式进行了分析。


正如预期的那样，散射模式显示，碳原子的确重组为金刚石结构。但与此同时，他们还捕捉到了意想不到的异常特征——当压力超过40 GPa（约40万倍大气压）、温度高于2200 K时，氢原子居然与金箔中的金原子结合，形成了一种新的化合物——氢化金。


进一步分析显示，在这种极端条件下，氢化金中的氢处于一种稠密的“超离子态”。在这种状态下，金原子位置固定不动，而氢原子则可以在金晶格的间隙中自由流动，因而大大提高了氢化金的导电性。


这是一项令人意外的发现，要知道，金在化学上以惰性著称，但新研究表明，在极高的压力和温度下，它竟能与氢结合形成稳定的氢化物。不过，研究人员表示，这种稳定性只存在于极端条件中，一旦冷却，金与氢便会分离。

（图/Frost et al.）

在压力超过40GPa、接近金的熔点时，金原子会排列成密排六方结构，形成化学式为AuHX的氢化金化合物。随着压力从40 GPa升高到80 GPa，晶格中氢的比例会逐渐增加，“x”会从0增加到接近1。一旦将温度降回室温，这种特殊的高温结构会消失，金与氢分离，金原子恢复到原本稳定的面心立方结构（fcc）。




  为稠密氢研究开辟新窗口  


这一成果为研究稠密氢开辟新途径，也为探索全新的化学反应提供了契机。由于氢对X射线的散射效应很弱，因而通常来说这一效应难以被直接观测。但在这项实验中，超离子氢与更重的金原子相互作用，使研究人员得以通过金晶格跟X射线的散射，来间接观察氢的散射行为。


换言之，氢化金为研究稠密的原子氢提供了一种全新方法，这种方法也可能适用于其他难以直接实验的环境。例如，某些行星的内部是由稠密氢构成的，所以在实验室中对其进行研究有助于揭示这些星球的奥秘；它还可能为理解太阳等恒星内部的核聚变过程提供新的见解，并推动地球上可控核聚变能源技术的发展。

#参考来源：

https://www6.slac.stanford.edu/news/2025-08-04-slac-researchers-forge-unprecedented-gold-compound-extreme-heat-and-pressure

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202505811

#图片来源：

封面图&首图：Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory

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金终于脱单了，还是个高压高富帅

meto

条件太苛刻，属于没什么意义的研究。

meto

金和氢在极端高温高压环境下形成了“金化氢”，这样的现象超越了物质的常规化学现象，也说明了物质在宇宙中的存在形式和相互螎合并不完全依从于我们以前的固有认识，也就是说：物质在恒星内部以及黑洞和超级黑洞中会以“非常规”的形式存在和运动。假定恒星体和黑洞是超级“生命体”的话，它们则具有更高的物质压缩能力和更广大的物质容纳量，这是它们已经存在和能够存在的根本原因。它们是更大！更高！更强的“存在”！而我们是渺少的可怕。

lovejuan0104

终于解决了氢能源存储运输问题，氢动力交通工具马上就要流行了

qqwa1234

看图示，金原子结构，可以锁住一些物质。看来，有比氢更重要的，可以释放巨量能源的物质，等着我们去发现，并用金存储。

mulunbo

不知道，h与o能不能结合，生成oh2,我研究一下