氮元素作为大气的主要成分，其稳定的双原子分子形式（N2）一直被认为是自然界中唯一存在的稳定氮同素异形体。长期以来，科学家们对于更高分子量的中性氮同素异形体的存在与合成怀有浓厚兴趣，因其潜在的高能量储存能力和环境友好性。然而，中性多氮分子基于其极端的不稳定性，始终未能被有效合成与稳定存在，这成为氮化学领域的一大难题。近期，来自德国吉森大学的科学团队在《Nature》杂志发表了关于中性六氮同素异形体C2h-N6成功制备的研究成果，这一发现不仅打破了中性多氮分子仅限于N2的传统认知，也为未来高能量材料的发展开辟了新路径。六氮分子N6是一种由六个氮原子组成的中性分子，其结构独特，符合C2h对称性。该分子并非简单的氮链或环状结构，中心氮-氮连接展现了独特的键合特性，赋予了分子较高的热力学稳定性。
科学家们通过与卤素气体（氯气或溴气）与银叠氮化物（AgN3）的气相反应制备N6，并在10K的氩气基质中进行冷阱捕获。更重要的是，他们还成功制备了在液氮温度（77K）下具备一定稳定性的纯净N6薄膜，这展示了其在低温条件下潜在的稳定性和实用价值。合成过程中，银叠氮化物作为关键前体，其优异的反应活性使得多氮基团间的连接成为可能。通过气相反应释放出的活泼氮自由基在适宜条件下结合形成中性六氮分子。实验中利用红外光谱（包括15N同位素标记）、紫外-可见光谱以及高水平的量子化学计算等手段对N6的分子结构和性质进行了详细表征。这些表征结果显示，N6的结构中包含了类似双键特性的N=N连接，同时其电子密度分布合理，分子表现出显著的光学和振动特征，分别对应于计算预测的轨道跃迁和振动模式，验证了其实验与理论的一致性。
计算分析表明，N6分子具有一定的动力学稳定性，其分解为传统氮气的能垒达到约14.8 kcal/mol，在室温下存在有限但显著的半衰期，这在过往的多氮分子中尚属罕见。进一步的量子机械隧穿效应计算表明，N6在低温条件下寿命更长，甚至可实现多年稳定存在。能量释放方面，六氮分子相比传统炸药如TNT和HMX具有更高的理论爆炸能量和较优的爆速及爆压参数，这意味着其在高能量密度材料领域具有极大潜力。鉴于氮气作为燃烧产物的环保特性，N6等多氮材料未来有望成为环境友好型新型推进剂和储能材料的理想选择。此外，N6分子的稳定合成为深入理解氮-氮多键化学提供了宝贵平台，促使科学家们重新审视氮化学中的键合理论和反应机理。未来研究可聚焦于N6的改性衍生物设计、更高同素异形体的合成路线探索以及其固态结构和功能化应用的挖掘。
安全性方面，银叠氮化物及卤素气体均为高度危险物质，实验操作需要严格遵循安全规程，以防止爆炸风险。整个实验体系中，从前体制备到气相反应再到低温捕获，均在严格受控环境下完成，以确保过程的可重复性和人员安全。总的来看，六氮中性分子C2h-N6的制备和鉴定不仅是氮化学领域的一次伟大飞跃，也为高性能、环保的能源材料研发树立了新的里程碑。随着技术的不断进步和对该分子性质理解的加深，预计将在能源储存、爆炸推进和环境保护等方面展现出巨大前景。科学家们对于这种新型氮基材料的未来发展充满期待，期待其在实际工业应用中发挥积极作用，同时推动基础科学与应用技术的融合创新。
