今日Nature：純水也能導電！——金色金屬水溶液的光譜證據

【研究背景】

理論上，絕緣材料可以通過施加壓力而變成金屬材料。就純水而言，這估計需要48兆巴的壓力，這大大超出了目前的實驗室條件，可能只存在于大行星或恒星的內部。事實上，實驗和理論計算表明，在實驗室可獲得的壓力下，水最多只能是具有高質子導電性的超離子，而無法成為具有導電電子的金屬。

【成果簡介】

近日，捷克科學院有機化學和生物化學研究所Pavel Jungwirth教授團隊研究表明，在水與堿金屬反應時，可以通過大量的電子摻雜來制備金屬水溶液。雖然液態氨的類似金屬溶液具有高濃度的溶劑化電子早已為人所知并已進行了表征，但到目前為止，堿金屬和水之間的爆炸性相互作用只允許制備具有低的亞金屬電子濃度的水溶液。作者發現，水-堿金屬反應的爆炸行為可以通過在約10^-4毫巴的低壓下將水蒸氣吸附在噴射到真空室的液態鈉-鉀合金滴上而得到抑制。這種設定導致在金屬合金滴上形成一個瞬時金色的金屬水溶液層。然后用光學反射和同步輻射X射線光電子能譜確認了這一層的金屬特性，每立方厘米含有大約5×10²¹個電子。該文章近日以題為“Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution”發表在知名頂刊Nature上。

【圖文導讀】

圖一、真空中的純NaK滴和暴露在水蒸氣中的NaK滴的時間演變

圖二、通過NaK滴上的水蒸氣吸附而形成一層薄薄的金色金屬水層的示意圖

圖三、光學和X射線光電子能譜表征金屬水溶液的光譜特征

圖四、采用自由電子氣體模型對實驗數據進行擬合

文獻鏈接：Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution (Nature, 2021, doi: 10.1038/s41586-021-03646-5)

本文由大兵哥供稿。