意外实验室发现揭示金的秘密化学性质

研究人员正在研究碳氢化合物（由碳和氢组成的化合物）在超高压和高温下形成钻石所需的时间。在德国欧洲XFEL（X射线自由电子激光器）的实验中，研究团队通过嵌入金箔的碳氢化合物样品来观察极端条件的影响——金箔用于吸收X射线并加热低吸收率的碳氢化合物。令人惊讶的是，他们不仅观测到钻石的形成，还发现了氢化金的生成。

"这完全出乎意料，因为金通常具有极低的化学活性——这正是我们选择它作为X射线吸收材料的原因。"SLAC研究所首席科学家、该研究负责人芒戈·弗罗斯特表示，"这些结果表明，在温度压力效应开始与传统化学规则抗衡的极端条件下，可能存在着大量未知的新化学现象，从而形成这类特殊化合物。"

发表于《德国应用化学国际版》的研究成果，为揭示某些行星或氢聚变恒星内部等极端环境下的化学规则变化提供了线索。

致密氢研究

实验中，研究人员首先使用金刚石压砧将碳氢化合物样品加压至超过地幔的压力水平，随后通过欧洲XFEL的X射线脉冲反复轰击，使样品温度升至3500华氏度（约1927摄氏度）以上。通过记录分析X射线的散射模式，团队成功解析了样品内部的结构转变。

正如预期，散射图谱显示碳原子形成了钻石结构。但团队同时检测到异常信号，证实氢原子与金箔反应形成了氢化金。

在实验创造的极端条件下，氢呈现出致密的"超离子"态，氢原子在金原子刚性晶格中自由流动，从而提升了氢化金的导电性。

作为元素周期表最轻的元素，氢的X射线研究极具挑战性，因其散射信号微弱。但此次超离子态氢与较重金原子的相互作用，使团队得以通过金晶格X射线散射模式观测氢的行为。"我们可以把金晶格当作氢活动的见证者。"芒戈解释道。

氢化金的发现为研究致密原子氢开辟了新途径，这些条件同样适用于其他难以直接观测的场景。例如某些行星内部主要由致密氢构成，实验室研究能增进对这些外星世界的认知。该发现还有助于理解太阳等恒星的核聚变过程，推动地球上的聚变能源技术发展。

新化学领域探索

除推进致密氢研究外，该成果还揭示了新的化学可能性。通常被认为具有化学惰性的金，在超高压高温条件下形成了稳定的氢化物。模拟显示这种氢化物仅在极端条件下稳定存在，冷却后金氢即分离，且压力越高金晶格可容纳的氢原子越多。

"这些结果表明，当温度压力效应开始挑战传统化学规则时，极端条件下可能存在着大量待发现的新化学现象，促成这些特殊化合物的形成。" SLAC科学家芒戈·弗罗斯特

该模拟框架还可拓展至其他材料研究。"关键在于我们能在极端条件下实验制备并建模这些状态。"SLAC高能量密度科学部主任、光子科学教授兼首席研究员西格弗里德·格伦泽强调，"这些模拟工具可用于预测极端条件下其他奇异材料的特性。"

研究团队还包括来自德国罗斯托克大学、DESY、欧洲XFEL、亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心、法兰克福大学和拜罗伊特大学，英国爱丁堡大学，以及美国卡内基科学研究所、斯坦福大学和斯坦福材料与能源科学研究所（SIMES）的研究人员。部分工作获得美国能源部科学办公室支持。