氮元素作为地球大气中占比最高的元素，其稳定的双原子分子状态N2长期以来被认为是氮的唯一同素异形体。尽管氮气分子极其惰性且环境友好，但科学界对于其他形式的中性分子氮——即分子多氮体的探索经历了数十年，由于其高能量密度和环境安全性，这些多氮结构被寄予厚望，尤其是在发展高效清洁能源储存材料方面。传统的氮同素异形体超越N2的中性分子尚未成功分离与稳定，主要原因在于这些结构通常极度不稳定，易于分解成N2分子释放大量能量。近期，德国吉森大学有机化学研究团队成功实现了一种全新中性六氮分子，即六氮同素异形体C2h-N6的合成和稳定性证明，这一里程碑性的突破为氮化学领域带来了前所未有的研究和应用机遇。六氮分子C2h-N6是由六个氮原子组成的中性分子，其结构被确定为具有C2h对称性的开放链形态，正式命名为hexaaza-1,2,4,5-tetraene或hexanitrogen。与传统的N2分子相比，N6结构复杂但却显示出异常稳定的性质，尤其是在低温环境下表现出可观的寿命。
这一稳定性的实现离不开创新的合成工艺以及先进的光谱分析技术和量子化学计算相结合的跨学科方法。合成六氮分子的关键在于其前驱体的选择及反应条件的严谨控制。研究团队采用银叠氮化物（AgN3）与氯气（Cl2）或溴气（Br2）在气相中反应，随后利用在10K低温条件下Argon基质捕获生成的分子，实现了室温下的合成操作。银叠氮化物之所以被选中，是基于其优良的多叠氮基反应性，能够在气相中产生目标反应物——六氮分子。此反应过程通过低温惰性气体基质稳定中间体，有效抑制了潜在的分解路径，体现了现代低温矩阵隔离技术的显著优势。为了准确确认并分析C2h-N6的生成，研究团队进行了红外光谱(IR)和紫外-可见光谱(UV-Vis)的详细测量，同时结合15N同位素标记实验和高水平量子化学计算协同验证。
红外光谱显示出一系列独特的振动模式，分别位于2076.6cm-1、2049.0cm-1、1177.6cm-1及642.1cm-1，这些频率对应于N6分子的特征非对称和对称振动，且其随着光照条件的变化表现出特定的响应，证明了该物种的存在和光敏行为。通过15N同位素替换实验，团队观察到不同的峰值偏移和强度变化，进一步支持了含有两个N3基团的分子结构假设。这些实验数据与采用高精度量子化学方法（如CCSD(T)/cc-pVTZ和B3LYP/def2-TZVP）预测的振动频率及电子态跃迁相吻合。UV-Vis光谱博文揭示了N6的电子跃迁特征，主要集中在186nm与248nm的强吸收峰与计算结果高度一致，这些跃迁涉及分子内部的π→π*态，展现出该分子的低能激发行为及其对光照的响应性。此外，光激发后谱带的消失进一步验证了N6具有可控降解特性和稳定性之间的平衡。分子结构分析从几何和电子构型上揭示了N6的本质。
C2h-N6分子的主要骨架由两个N3组分通过单键(N3-N4)连接，中央N-N键远较传统三键N2长，类似于双键特征，同时末端氮原子电子中性且键级较高。自然键轨道分析显示，键级从1.1至2.1不等，电子的正负分布分布较均匀，赋予分子部分共轭效应。电子密度的拉普拉斯分析（Laplacian）及电子局域函数（ELF）显示分子脆弱键位于中央连接键处，这是分子潜在的断裂点，同时高能垒（14.8kcal/mol）为其提供了足够的动力学稳定性，使其在常温下存在短暂却可检测的时间尺度，不同于以往预测几乎瞬间解体的多氮结构。理论计算还推断，N6分子分解成三个N2分子过程释放的焓变约为185.2kcal/mol，远远超过传统炸药TNT和高性能炸药HMX单位重量释放能量的两倍以上，因此该分子具备极高的理论能量密度，具备作为未来绿色高能量材料的潜力。此外，采用变分过渡态理论结合小曲率量子隧穿效应的计算显示，N6在77K时的半衰期可达132年，在室温条件下为35.7毫秒，这预示着通过适当条件下的捕获与稳定，N6有望在实际环境中实现应用。研究团队还在液氮温度(77K)制备了纯净N6薄膜，验证了其在非惰性气体环境中的稳定性，为其固态应用开发奠定了基础。
该薄膜通过相似的红外谱变化响应光照，显示了分子可控的光诱导分解行为，进而提示其未来在光开关或光敏能量释放系统中的可能应用。值得关注的是，N6的合成与存在打破了中性多氮分子不可实践的传统认知，为未来的氮基能源材料、环境友好型推进剂以及高能化学品的设计与开发提供了全新的分子基础。尽管目前N6的稳定性仍受限于温度与环境条件的严格要求，但其合成路线简单且反应可控性强，将来有望通过分子修饰和晶体工程实现更高的稳定性与可操作性。六氮分子的发现与研究不仅拓宽了中性多氮分子的化学空间，还为理解氮-氮键的本质及其电子结构提供了独特视角。未来结合超高压、高温条件，或借助金属配体稳定手段，将可能揭示更多新颖的氮同素异形体结构。总之，六氮同素异形体C2h-N6的室温合成和光谱表征标志着氮化学迈出了重要步伐，其高度能量释放性能与环保分解产物的特性，使其成为新能源材料研究的焦点。
未来围绕其合成工艺优化、稳定性提升及应用潜力的深入探索，将推动高能量密度材料领域的革新，同时也为绿色能源和清洁爆炸物等战略材料的发展带来新的方向。综合来看，C2h-N6不仅是分子科学领域的科研奇迹，更是绿色高度能量材料未来的有力候选者。
![Secrets Of The Nokia 3310 [video]](/images/6E86D509-D00D-48EA-A5D8-83A4C75B874F)
