氮元素作为地球大气中最丰富的元素之一，其最常见的同素异形体便是稳定的双原子分子氮（N2）。由于其惰性和无毒特性，氮分子广泛存在于自然环境中，并成为化学领域中众多研究的基础。然而，围绕更高氮原子数的中性分子氮同素异形体的研究一直是化学前沿领域的挑战。最近，科学家们成功制备了中性氮同素异形体——六氮（C2h-N6），这不仅为理解氮元素的同素异形体化学开启了新篇章，也为高能密度材料的发展贡献了重要突破。 中性六氮（N6）分子是一种由六个氮原子组成的中性分子形式，与常见的双原子氮分子相比，它具有截然不同的结构和性质。在过去，由于中性多氮分子的极端不稳定性，研究者们一直难以实现其合成和稳定的鉴定。
R&D团队通过创新性的气相反应技术，利用氯气或溴气与银叠氮化物（AgN3）在常温下的反应，成功制备出中性六氮分子，并通过低温氩矩阵捕获于10开尔文，进一步在77开尔文液氮温度下制备成薄膜，展现出了前所未有的稳定性。 此合成策略的核心在于利用银叠氮化物作为含氮活性单元的前驱体，通过气相中的卤素试剂促进其转化，生成具有六氮结构的中性分子。氯气和溴气均能实现这一过程，其中反应产物在低温下的红外以及紫外-可见光谱数据显示出特征明显的振动模式与电子跃迁，验证了N6的生成。通过同位素标记实验，科学家进一步确认了六氮分子的结构，将其点群对称性确定为C2h。其振动谱与理论计算结果高度吻合，极大地增强了实验数据的说服力。 从分子结构上分析，C2h-N6的构型呈现出特有的双三氮基团相连结构，中间的N–N键是一条单键，而氮原子间的键长显示出不同形式的双键和单键特征。
这种几何配置不仅赋予其独特的电子性质，也提升了分子的热力学和动力学稳定性。多种先进的量子化学计算方法，例如耦合簇理论（CCSD(T)）和密度泛函理论（DFT），被用来探讨其电子结构、键级及电荷分布，显示六氮分子中部分氮原子带有轻微的正负电荷分布，体现出分子内的电子离域。 在对分解路径的研究中发现，六氮分子分解为三个氮气分子的反应具有较高的能垒，约为14.8千卡/摩尔，这意味着六氮在常温下具有一定的动力学稳定性。相较于传统预测的环状氮六环（六氮环）结构的不稳定性，六氮线性结构以其更高的分解障碍和相对较长的寿命，在实际实验条件下被成功观察并捕获。更重要的是，量子力学隧穿效应（QMT）对其分解影响较小，赋予六氮分子在低温条件下极长的半衰期，有利于其研究和应用。 能量存储和释放性能是多氮化学研究的重要驱动力。
六氮分子在分解成氮气时释放的能量高达185.2千卡/摩尔，按重量计其能量释放是传统炸药如三硝基甲苯（TNT）和高能炸药HMX的1.9至2.2倍，显示出其作为高能材料潜在的巨大价值。通过计算其固态密度、爆轰压力和速度，科学家们进一步预示其在未来新型绿色高能材料设计中占有一席之地。尤其值得关注的是，氮气作为分解产物，最低限度地影响环境污染，是理想的清洁能源载体和能量释放源。 从实验方法角度看，制备六氮分子依赖于精细的气固反应条件和低温矩阵技术。银叠氮化物的合成过程涉及水溶液中的银盐与叠氮盐反应，所得产品需严格避免光照、摩擦及接触导体以确保安全。随后，通过氯气或溴气与银叠氮化物共存于低压气氛中完成反应，产物被快速冷凝至极低温固体氩中以防止其快速分解。
这一低温矩阵分离技术是捕获及鉴定这种高度活泼中性多氮分子的关键。 仪器分析方面，红外光谱为识别N6提供了最关键的证据，实验中观测到的多个特征吸收峰与理论预测的振动频率对应良好。同位素标记技术使得不同氮原子的振动模式变化被明确解析，进一步支持结构推断。紫外-可见光谱的测定结合电子激发的多重跃迁模拟，为理解其分子轨道电子性质提供了直观数据。所有这些光谱特征与高水平计算结果的吻合彰显了N6的成功制备和鉴定。 此外，从分子电子结构分析到宏观能量计算，C2h-N6显示出一种独特的自然平衡。
它既具备高度的能量密度和释放潜力，又展示出符合实际操作条件下的稳定性。科学家们认为，这种分子不仅提升了氮同素异形体研究的深度，还可能催生一系列新的高能材料，推动绿色能源与军工应用的创新发展。与此同时，六氮的制备也为探索更大规模氮聚合物和更复杂氮结构体系提供了宝贵的方法论基础。 综合来看，中性六氮C2h-N6的成功制备标志着氮化学领域一次关键的里程碑。它不仅颠覆了过去认为中性多氮分子无法稳定存在的传统观点，也拓展了我们对氮元素化学多样性的认知。未来，随着实验技术的不断进步和理论计算能力的提升，预期将有更多中性多氮同素异形体被发现，这将极大丰富材料科学和能源化学的研究版图。
这个发现无疑将吸引材料科学家、化学家以至于应用工程师的持续关注与探索，助力开发更高效、环保的能源材料。
