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科学家合成能量最高分子


 据德国《世界报》网站6月29日报道,来自德国吉森的3名研究人员成功合成了由六个氮原子组成的分子链构成的六氮,这是一种罕见的、能量极高的物质。研究项目的负责人、吉森大学的彼得·施赖纳称:“这是迄今人工合成的能量最高的分子。”他说,此前全球尚未有人成功制备出由纯氮构成、含有超过两个原子且可提取的中性人工合成物质。该研究团队在英国《自然》周刊上发表了研究成果。

出生于德国的化学家、美国南加州大学的退休教授卡尔·克里斯特对英国《化学天地》月刊说:“这项工作非常了不起,我认为该拿诺贝尔奖。”现年88岁的他曾撰写过许多关于氮合成物的学术文章。

克里斯特称,碳化学领域的发现——巴基球和石墨烯——曾拿到两个诺贝尔奖,而与碳化学相比,纯氮合成物的发现则要难得多。

研究数据表明,六氮分解时释放的能量是等质量TNT炸药的两倍多。但研究人员正在探索另一种应用方式。施赖纳称:“实际上,六氮或许会是最高效的储能物质。”他说,六氮分解时只会产生无毒的双原子氮,即氮气。它并非温室气体,本身就占了我们空气的78%。

但研究人员仍须克服一些重大障碍,才能实际应用这种物质。研究表明,到目前为止,虽然可在室温下合成六氮,但其半衰期只有大约35.7毫秒。研究人员称,可以在超低温环境中捕获已经生成的六氮:在零下196摄氏度的条件下,其理论半衰期超过100年。这一温度与在许多实验室被用作冷却剂的液氮相当。

研究报告作者之一阿图尔·马尔久科夫说,由于需要冷却,六氮可能不适合用作爆炸物。他说:“我们希望把六氮当作储能物质使用。”

六氮的合成方案大致如下:基础元素为银、氯和氮。首先使氯气与叠氮化银反应,生成叠氮化氯。该物质再与尚存的叠氮化银继续反应,最终生成六氮。

然而,施赖纳和研究报告的另外两位作者马尔久科夫和钱伟煜明确警告那些想重复这一实验的化学家,叠氮化银和叠氮化氯本身就极度危险且易爆。

施赖纳称,六氮也可能带来危险。他说:“处理极高能的合成物总是有风险的,因为它们可能会不受控制地分解,一次性释放出所有能量。”因此,施赖纳称,未来必须研究如何安全制备和处置六氮,以及以可控方式使之转化为常规氮气;此外,还有必要扩大反应规模。

施赖纳对六氮还抱有一个愿景:它或许会是地球上最高效的火箭燃料。他对《化学天地》月刊说,“六氮不会以火焰形式燃烧”,它只会一次性释放能量,产生大量气体,即强大推力;此外,与传统火箭燃料不同,它没有腐蚀性。(编译/宋羽豪)