黄金与氢气的奇妙相遇：极端条件下的化学新发现

来自 实验室仪器网

实验室的科学家领导的研究小组偶然地首次形成了固体二元金氢化物，这是一种完全由金和氢原子组成的化合物。

研究人员正在研究碳氢化合物（由碳和氢组成的化合物）在极高的压力和热量下形成钻石需要多长时间。在德国欧洲XFEL（X射线自由电子激光器）的实验中，该团队研究了这些极端条件对嵌入金箔的碳氢化合物样品的影响，金箔旨在吸收X射线并加热吸收较弱的碳氢化合物。令他们惊讶的是，他们不仅看到了钻石的形成，还发现了氢化金的形成。

这是出乎意料的，因为黄金在化学上通常非常无聊且无反应性——这就是为什么我们在这些实验中将其用作X射线吸收剂，领导这项研究的SLAC科学家说。这些结果表明，在温度和压力的影响开始与传统化学竞争的极端条件下，可能会发现许多新的化学物质，你可以形成这些奇异的化合物。

在他们的实验中，研究人员首先使用金刚石砧座将碳氢化合物样品挤压到比地幔内更大的压力。然后，他们通过用欧洲XFEL的X射线脉冲反复击中样品，将样品加热到3,500华氏度以上。该团队记录并分析了X射线如何从样品上散射，这使他们能够解决样品中的结构转变。

正如预期的那样，记录的散射图案表明碳原子已经形成了金刚石结构。但该团队也看到了意想不到的信号，这是由于氢原子与金箔反应形成氢化金。

在研究中创造的极端条件下，研究人员发现氢处于致密的“超离子”状态，氢原子自由流过金的刚性原子晶格，增加了氢化金的电导率。

氢是元素周期表中最轻的元素，用X射线研究很棘手，因为它只能微弱地散射X射线。然而，在这里，超离子氢与更重的金原子相互作用，研究小组能够观察到氢对金晶格散射X射线的影响。可以用金格子作为氢气正在做什么的见证。

氢化金提供了一种在条件下研究致密原子氢的方法，这种条件也可能适用于实验上无法直接获得的其他情况。例如，致密的氢构成了某些行星的内部，因此在实验室中研究它可以让我们更多地了解这些外星世界。它还可以为太阳等恒星内部的核聚变过程提供新的见解，并帮助开发利用地球上聚变能的技术。

除了为致密氢的研究铺平道路外，该研究还为探索新化学提供了途径。金通常被认为是一种非反应性金属，人们发现它在极高的压力和温度下会形成稳定的氢化物。事实上，它似乎只有在那些极端条件下才稳定，因为当它冷却时，金和氢会分离。模拟还表明，在更高的压力下，更多的氢可以装入金晶格中。

模拟框架也可以扩展到氢化金之外。重要的是，我们能够在这些极端条件下通过实验产生和模拟这些状态，SLAC高能密度部门主任兼光子科学教授、该研究的首席研究员说。这些模拟工具可用于模拟极端条件下的其他奇异材料特性。

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