众所周知，按照元素周期表的排列顺序，氢是宇宙中最轻的元素，而锂是第三轻的元素。在正常的温度及压力条件下，氢为气体，而锂为固体。氢气分子则是由两个紧密结合在一起的氢原子组成的，每个氢原子贡献一个电子。但将氢金属化并不容易，因为它是一个在极端高压下反应的过程。

 

　　近日，美国国家科学院学报刊登了一篇文章。文章由来自康奈尔大学及纽约州立大学的科学家们共同撰写。他们表示，如果往氢气里面加入少量的金属锂，氢气金属化所需压强将降至原来的1/4，并形成具有超导性质的化合物。美国国家科学基金会为该研究提供资金。

 

　　何谓金属氢

 

　　在木星和土星上，由于地心引力及压强极大，氢气会以金属态存在。目前，科学家就正在尝试模拟与木星和土星上相似的环境，将氢原子的外层电子“夺”过来，形成金属氢。

 

　　为什么要将氢的外层电子“夺”过来？科学家解释道，这是金属氢形成的关键。氢在金属状态下，氢分子将分裂成单个氢原子，并使电子能够自由运动。在金属氢中，氢分子键断裂，分子内受束缚的电子被挤压成公有电子，这种电子的自由运动，使氢具有了导电的性质。由于导电是金属的特性，科学家才形象地将这一氢的新状态称为“金属氢”。因此，把氢制成金属，关键就是把电子从原子的束缚下解放出来。但想要做到这一点并不容易，因为氢原子仅有一个电子，二者的结合极为紧密。如果有足够的压力把大量氢原子非常紧密地挤在一起，以致各个原子都被８个、１０个甚至１２个近邻原子所包围。于是，每个氢原子的单个电子，不管原子核是否有异常强的吸引力，就可能开始从一个相邻原子滑到另一个相邻原子，形成运动。这样就会得到“金属氢”。

 

　　模拟极端压强

 

　　如何模拟火星、土星表面的环境？科学家用金刚石压砧（DAC），在340万个大气压强的极端压强环境下对氢气进行挤压。为使人们对压强概念有一个更直观的了解，科学家解释道，海平面的压强为1个大气压，而地球核心的压强则约为350万个大气压。在制造如此高压、稳定的大气压强的过程中，科学家遇到了巨大的困难。他们使用了多种方法，其中就包括使用冲击波，但效果仍不甚理想。为降低氢气金属化对压强的要求，科学家想到了把氢气与其他元素相结合。

 

　　氢锂结合使金属化更容易

 

　　研究人员表示，氢气与金属锂在压强很大的情况下会发生反应，生成一种非金属态的稳定化合物（LiH）。该研究小组正在试验不同的氢与锂的组合。其中一个组合为：1个锂原子与6个氢原子结合，组成一种化学式为LiH6的化合物。通过复杂的计算机运算，科学家预测，在这种假想的化合物中，锂原子将被激活，并释放唯一的外层电子，分散在3个氢原子之间，成为自由导电电子。科学家已经证明，在加压的情况下，LiH6是一种稳定的氢金属化合物。相比而言，虽然LiH6在常压下也以金属形态存在，但这时它会变得不稳定，容易分解成LiH和氢气。

 

　　纽约州立大学助理教授伊娃·苏里克（Eva Zurek）说：“向氢气中加入金属锂的好处在于，它可以降低将氢气金属化所需的压强。形成稳定的LiH6约需要100万个大气压强，而将纯氢金属化则需大约400万大气压强。”

 

　　金属氢的能源利用前景

 

　　1981年度诺贝尔化学奖得主、康奈尔大学教授罗尔德·霍夫曼说：“十分有趣的是，在100万至160万大气压之间，所有已接受测试的锂、氢化合物都处于稳定或亚稳定状态，并呈金属态。”除LiH6外，研究人员还研究了另外一种锂、氢化合物：LiH2（含1个锂原子与2个氢原子）。美国国家科学家基金会材料研究部的项目主任达里尔·赫斯说：“这些理论研究开启了在实验室可得高压下轻元素结合的大门，这在以前是没有过的。它有可能会带领人类发现新的材料，或者是物质的新状态。”

 

　　而这些发现有可能为能源领域带来新的曙光。因为金属氢是一种亚稳态物质，可以用它来做成约束等离子体的“磁笼”，把炽热的电离气体“盛装”起来。同时，金属氢内储藏着巨大的能量，比普通TNT炸药大30-40倍。因此，金属氢聚变时释放的能量要比铀核裂变大很多倍。此外，用金属氢输电，可以完全摆脱对大型变电站的依赖，而输电效率则可达99％以上。如果用金属氢制造发电机，其重量不到普通发电机重量的10％，而输出功率可以提高几十倍乃至上百倍。 

 

　　研究小组的成员说，从研究中所得信息可以看出，大量的氢原素可以与其他元素相结合。有朝一日，这些信息会帮助人们制造出更多金属态的、以氢为基础的超导体。从20世纪40年代开始，美、日等国就投入了大量的人力、物力研制金属氢。目前，世界上的高压实验室已达100多个。美国已研制成功了能产生100万大气压的压力机，日本研制成功了“分离球体式多级多活塞组合装置”能产生200万个大气压。近年来，日本等几个国家宣布已在实验室内研制成功了金属氢，这是人类向金属氢迈出了可喜的一步。