氮元素因其在自然界中稳定存在的二聚体分子N₂而闻名。然而，众多理论研究长期以来极力探索比N₂更复杂的中性氮同素异形体，其潜在巨大的储能能力激发了科学家的广泛兴趣。传统观念认为，中性多氮分子的极端不稳定性使得它们几乎不可能被合成或长期稳定存在，尤其是涉及偶电子数且无电荷的分子。然而，2025年6月发表在权威科学杂志《Nature》上的重磅研究突破了这一认知，成功实现了中性六氮分子C2h-N6的房温制备及其鉴定。这一成果不仅丰富了氮的同素异形体化学领域，更为未来高能材料的开发提供了崭新思路。中性六氮C2h-N6分子是一种由六个氮原子组成的分子，其独特的C2h对称性结构赋予其出乎意料的稳定性。
该结构不含传统的N₂二聚体单元，而是以分布均匀的N–N键连接，使整个分子表现出类似双键的结合特征。详尽的量子化学计算表明，尽管其解离成三个N₂分子具高度放热性，但中间存在一座14.8千卡/摩尔的能垒，有效延长了分子的寿命，从而实现其在实验条件下的成功捕获。这一发现的关键在于采用气相反应法，利用卤素气体（氯气或溴气）与银叠氮化物（AgN₃）在减压状态下反应产生目标产物，随后迅速冷凝于氩气基质中，在10K超低温环境下稳定存在。实验过程中通过红外光谱和紫外可见光谱与同位素标记技术的结合，精确鉴定了六氮分子的特征振动模式和电子跃迁轨迹，确保了分子身份的准确无误。此外，研究团队还成功制备了纯净的六氮薄膜，在77K液氮温度下保持稳定，进一步证明了其在实际应用上的可行性。与传统的高能材料如TNT（3-硝基甲苯）或HMX（1,3,5,7-四硝基环四氮杂环辛烷）相比，六氮分子展现出更高的能量密度，理论热值超过二者的两倍。
依据Kamlet-Jacobs方程推算，其爆轰速度达8930米每秒，爆轰压力亦达到31.7GPa，表现出极具竞争力的炸药性能。此外，由于其分解产物为惰性的N₂气体，环境友好性显著优于传统含碳高能材料。量子机械穿隧效应分析进一步表明，六氮分子的寿命在低温下可达132年以上，即使在室温条件下半衰期也在毫秒量级，足以支持其合成和应用研究。该稳定性突破了先前关于不稳定的氮多聚体理论，为科研界打开了新天地。分子结构分析显示，六氮分子由两个N₃亚单元连接，中间以较长的N–N单键相连，形成独特的非环状开链结构。自然键轨道分析揭示出末端氮原子电荷为零，而内侧氮原子则呈现微弱的正负电荷分布，这种电子分布促进了键的稳定性。
电子密度拉普拉斯及电子定位函数映射进一步确认了键的强弱，标识出分解过程中的“薄弱点”，为理解其解离机理提供了理论支撑。实验方法因素中，银叠氮化物作为强效叠氮基供体，其与Cl₂或Br₂的反应不仅生成氮元素多原子物种，同时产出的中间体被低温氩基质迅速捕获，避免了高活性中间体的快速分解。通过不同同位素（¹⁵N）的精巧掺杂，成功解析了多氮分子的振动谱结构，匹配了多层次量子化学计算结果，极大强化了实验数据的可信度。此项研究的成功不仅是对氮元素分子体系探索的科学成就，也极大激发了氮基高能材料设计的前景。中性分子N6由于其高放能特性和环境友好性，有望成为未来军工、航空航天以及清洁能源储存领域的优质候选物。传统高能材料因碳氮氧的燃烧产物带来的环境污染和热稳定性问题，迫切需要新型绿色替代品。
以N₂为唯一分解产物的多氮分子，显著减少了有害排放，契合全球绿色可持续发展战略。未来，该技术平台可望延伸至更大规模的中性多氮分子合成，以及其在能量释放控制、储能介质和纳米材料等领域的开发与应用。深入理解量子机械隧穿效应对分子稳定性的影响，将促进设计更长寿命、性能更优的多氮同素异形体。综上所述，六氮分子的发现不仅填补了氮多聚体研究的空白，也为高能材料领域带来了革命性的转变。展望未来，随着合成技术与计算化学的不断进步，中性氮同素异形体有望成为清洁、高效且安全的新型能源材料，引领物质科学迈向绿色低碳时代。
