氮元素在自然界中以惰性的双原子分子形式（N2）广泛存在，其极高的化学稳定性和安全的环境特性使其成为大气的主要组成部分。然而，氮的多原子同素异形体分子，尤其是中性的多氮分子长久以来一直被认为极度不稳定，难以合成和分离。这些分子因其极高的能量含量，被视为未来高能密度材料的理想候选，能够提供绿色、无污染的能量解决方案。近年来，科学家们在合成和表征中性多氮分子方面取得了突破性进展，尤其是最新成功制备并稳定鉴定的六氮分子C2h-N6，代表了分子氮异构体研究领域的重要里程碑。 六氮分子C2h-N6的制备过程基于银叠氮化物（AgN3）与氯气或溴气在气相中的反应。研究人员通过在室温下将Cl2或Br2气体通入含有AgN3固体的反应器中，并在低压条件下进行反应，随后将气体反应产物迅速捕获于10 K的氩气矩阵中，成功获得了稳定的N6分子。
与此同时，通过液氮温度（77 K）下的冷凝技术，直接制备并鉴定了纯的六氮N6薄膜，进一步证明了该分子的非凡稳定性。这种制备方式不仅突破了传统多氮分子易于分解的限制，也为未来规模化合成提供了可行路径。 为了准确识别和确认新型六氮分子的存在，科学家采用了多种光谱技术手段。红外光谱（IR）分析揭示了多组特征振动峰，特别是位于2076.6、2049.0、1177.6和642.1 cm-1处的新兴吸收带，明显区别于氯氮化物和溴氮化物的光谱特征。15N同位素标记实验进一步证实了N6分子中两个叠氮基团的特异性存在。光学紫外-可见光谱（UV-Vis）则聚焦于该分子的电子激发态，捕捉到与计算模拟高度匹配的特征跃迁峰，强化了N6分子内部电子结构的理解。
所有实验数据结合高水平量子化学计算，完整描绘了N6分子的结构与稳定性能。 C2h对称的六氮分子结构展现为两个叠氮基单元通过一个中心单键连接，形成线性对称分子。这种结构特征使得部分N–N键具有接近双键的特征，分子内电子分布并不均匀，导致不同氮原子呈现不同电荷状态。自然键轨道（NBO）分析显示，分子端部氮原子基本为中性状态，而分子内侧氮原子带有微弱的正负电荷，有助于分子整体的电子稳定性。该结构的几何参数和电子性质为其提供了较高的能量分散路径和较大的解离能势垒，从而赋予其难以置信的热力学及动力学稳定性。 从能量动力学角度分析，六氮C2h-N6的分解过程具有显著的能垒，尤其是分解为三个N2分子的能垒达到14.8 kcal/mol，这使得该分子在室温下存在有限的寿命，而在低温条件下寿命可延长至年级别。
此外，理论计算排除了量子力学隧穿效应对分子分解的显著影响，减少了该分解路径的可能性。六氮分子分解释能庞大，超过传统炸药如TNT和八硝基环辛烷（HMX）数倍，这使得N6成为极具潜力的高能密度材料候选。 高能密度材料的研究在能源存储和军事领域均具广泛意义。传统的能源载体如氢气、氨和肼等虽然具备一定的能量储存能力，但存在储存难度、安全隐患和环境影响等问题。相比之下，六氮分子在分解产物中唯一释放的气体为无害的氮气，实现了能源利用的绿色环保目标。其高热值和较强的稳定性更为实现安全高效的能量释放提供了理论基础和实验支持。
制备过程中的安全性也是研究的重点之一。银叠氮化物及相关氮化合物具有极强爆炸性和热敏感性，实验操作要求极端严格，通常限制在微量条件下进行。此外反应过程中需要避免与金属杂质产生摩擦、避免明火和静电等潜在风险。科学团队采用了专门设计的气相流动反应器以及低温矩阵技术，有效地保证了实验的安全性和产物的纯净性。 展望未来，六氮分子的发现不仅拓展了氮同素异形体的化学知识体系，而且为开发新型高效、环保的能源存储材料奠定了基础。进一步的研究方向将集中于提升其制备效率和产物纯度、研究其在不同基底和环境中的稳定性表现以及探索其在实际能源与爆炸物中的潜在应用。
此外，利用高压和激光技术合成其他氮多聚体，结合计算化学的方法，可以期待发现更多具有独特性能的氮基高能材料。 总之，C2h-N6作为一种突破传统观念、成功制备并稳定存在的中性氮同素异形体，展现出了极高的科学价值和应用前景。其独特的分子结构和异常优异的能量储存能力不仅挑战了多氮原子分子不稳定的传统观点，也为新能源和高能材料研究开辟了新的路径。未来随着研究的不断深入，六氮分子及类似多氮材料有望广泛应用于清洁能源、军工工业以及先进材料领域，推动相关科学与技术的跨越性发展。
