氮元素作为地球大气中含量最丰富的气体，以分子氮N2的形式存在，其化学惰性和环境友好性使其在化工和能源领域具有重要地位。然而，氮的中性分子同素异形体，即由纯氮元素组成的多原子分子，长期以来由于其极度不稳定性和合成难度而未能被成功制备和稳定存在。近期，一项开创性的科研成果突破了这一瓶颈，科学家首次在室温条件下合成并稳定捕获了中性六氮分子C2h-N6，开启了纯氮高能材料研究的新纪元。 六氮分子的合成主要是通过氯气或溴气与银叠氮化物（AgN3）在气相中的反应实现的。该过程操作精细，首先在减压条件下进行反应，随后将产物捕获于极低温氩气矩阵中，温度约为10开尔文。此方法不仅确保了六氮分子的生成，更避免了其在常温下的快速分解。
进一步的研究还实现了在液氮温度下（约77开尔文）直接制备纯净六氮薄膜，证明该分子在低温条件下具有较好的热稳定性能，为其未来的应用和深入研究提供了物质基础。 为了验证六氮分子的形成，科研团队采用了红外光谱、紫外-可见光光谱（UV-Vis）及15N同位素标记等多种先进技术手段。红外光谱中观察到的特征振动峰准确匹配了理论计算所预测的六氮分子的振动模式，尤其是2,076.6 cm−1的强烈吸收峰，与含有叠氮基团化合物中的不对称伸缩振动极为接近。此外，紫外-可见光谱的激发态特征也显示出与理论计算一致的电子跃迁，这些光谱细节综合证实了六氮分子的存在与结构特征。 理论计算在理解六氮分子结构和稳定性方面发挥了关键作用。通过高精度耦合簇单点能计算（CCSD(T)方法）和密度泛函理论（DFT），确定了六氮分子唯一的能量最低构型为C2h对称的反式构象。
其结构表现为两个N3片段通过一条相对较长的N–N键连接，端环氮原子呈现较强双键性质，而中心键略长，表明存在部分单键强度。自然键轨道分析揭示氮原子间电荷分布均匀且无明显极性，说明整体分子保持电中性及较好的电子稳定性。 尽管六氮分子的自由能显示其分解为三个氮气分子的过程具有较大的放热量（约185.2千卡/摩尔），但有趣的是其激发分解所需的能垒较高（约14.8千卡/摩尔），这赋予了分子一定的动力学稳定性。尤其是相较于其他预言中的多氮分子，如环状六氮（六氮环素），六氮分子表现出更长的寿命和更小的量子机械隧穿效应。这一现象的重要性在于其为未来提取和利用高能氮同素异形体奠定了可行的路径。 六氮不仅在结构和稳定性方面表现令人惊喜，其纯氮组成赋予其极高的能量密度，远超常规高能材料如三硝基甲苯（TNT）和环四亚甲基四肼（HMX）。
根据计算的密度及热力学数据，六氮的理论爆炸速度和爆炸压力均与现有顶级炸药相当甚至优越，意味着其在军事和民用爆炸物中具备巨大潜能。此外，六氮在分解过程中唯一产物为N2，不产生有害副产物，极具环境优势，符合绿色能源和环保驱动的研究趋势。 六氮分子的成功制备不仅推动了纯氮同素异形体的实验研究，也为设计新型高能储能材料奠定了理论与实践基础。因其高能量释放和较好稳定性，未来可望应用于航天推进剂、自动飞行器的能源模块及高效储氮系统中。通过调控二维或三维氮结构组合，有望实现更复杂且更高能的分子设计，开启纯氮基高能材料的新时代。 制备过程中所用的银叠氮化物（AgN3）作为基底，反应活性高且易于控制，使得反应路径简洁明了。
氯气和溴气作为试剂为气相反应提供了清洁且稳定的氮源环境。为确保反应安全，实验操作严格限制在微量范围内，并采取防爆、防静电、避免机械摩擦等安全措施，最大程度降低危险性。技术上采用低温锥管或U型反应装置以利于产物的有效截获和分析，结合分子光谱学与同位素标记，实现对微量新分子的精准鉴定。 以往多氮分子的研究主要集中在带电离子体系和高压高温条件下的固体氮结构，但中性稳定的多氮分子尚属空白。此次六氮的制备填补了这一空缺，也挑战了氮分子不可超越的理念。未来，需进一步探讨其在常温甚至较高温度下的稳定机制，开发更宏观尺度的纯氮基材料，并深入研究其爆炸机理及安全储能策略。
对于基础科学而言，六氮的发现拓展了对元素同素异形体的理解，揭示了氮原子通过多种键合方式组合形成稳定体系的可能性。理论模型与实验数据的高度吻合，为量子化学计算方法的验证提供了珍贵案例。同时，六氮作为高能氮化合物的代表，将激发更多关于可控分解反应和清洁能源方案的研究热潮。 整体来看，六氮C2h-N6的制备标志着化学领域在元素同素异形体合成方面的一大突破。它不仅丰富了氮化学的多样性，更具备广泛的应用前景，从高能材料到环境友好能源。随着后续研究的深入优化及工艺的完善，未来六氮及其衍生物有望成为下一代绿色高效能源载体和高性能推进剂的核心材料，同时为化学能源转化与储存提供全新思路和技术路径。
科研界期待六氮能带来更多革命性的发现和应用变革，推动可持续能源科学发展进入新阶段。
