在高溫高壓下合成金氫化物

金,是最不活潑的金屬之一,其與氫的化學反應直到最近才開始被探索。過去的金與氫的研究大多在氣相或液氦溫度下進行,雖然近期有機金屬化學的發展已成功合成出含氫配體的金錯合物,但固態的金氫二元化合物(binary compound of gold and hydrogen)一直未能被合成出來。在常壓下,金不會形成氫化物,但高壓往往能大幅提高金屬對氫的親和力,使得原本不形成氫化物的金屬在高壓下能形成氫化物,比如某些過渡金屬氫化物。因此,科學家一直嘗試在高壓條件下合成金氫化物,但過去的嘗試都以失敗告終,可能的原因有幾個:第一,氫在高壓下極難被控制,因為它會與壓力腔的組件反應,或因其高移動性而從反應環境中流失;第二,在高壓氫研究中,科學家常使用金塗層來防止氫流失,這暗示金即使在極高壓力下仍然不易與氫反應;第三,過去的研究多只分析淬火後的樣品,若金氫化物僅在高溫下穩定,冷卻後就會分解,那麼就無法被觀察到。因此,在高溫高壓條件下直接觀察金氫化物的形成,對於發現這類新型極端條件的化學反應相當重要。

近日,美國史丹佛直線加速器中心國家實驗室等多個研究機構組成的團隊,成功在40 GPa以上和接近金熔點(約2500 K)的條件下合成出金氫化物。研究團隊使用X射線自由電子雷射(XFEL)加熱金樣品,並以各種碳氫化合物(甲烷、聚乙烯、聚苯乙烯、蔻)作為氫源。當碳氫化合物在高溫下分解時,碳會以鑽石或石墨的形式沉澱,釋放出氫氣。實驗結果顯示,在40 GPa以上,一個六方晶系的新相態會在接近金熔點時出現,其化學式為Au₂Hₓ,其中x隨壓力從40 GPa的接近0增加到80 GPa的接近1。X射線繞射數據顯示,該相態具有六方最密堆積(hcp)的金晶格,而氫原子則無序地分布在晶格間隙中。研究人員表示,這項研究首次成功合成並觀察到金與氫的固態二元化合物,為極端條件下的化學反應研究開闢了新方向。

我要留言
* 顯示名稱:
* E-mail: ※發佈留言必填的E-mail不會公開
留言內容: