氮元素在人类生活和工业中扮演着举足轻重的角色，尤其是分子氮（N2）以其惰性和环境友好性广泛存在于大气中。然而，科学界长期以来对于更高阶的氮同素异形体一直保持浓厚兴趣，主要是因为这些多氮结构一旦实现稳定存在，将有望成为极具潜力的高能量储存材料。近年来，中性六氮（C2h-N6）分子的成功制备标志着这一领域迎来了重大突破，其独特的结构和性质引发了广泛关注。中性氮同素异形体由于其纯净的氮元素组成，在分解过程中仅释放无害的氮气，避免了传统能源材料产生的有害副产物，是理想的环境友好型清洁能源载体。六氮分子的制备难度极大，主要源自其分子极端不稳定性和高反应活性，历史上中性多氮分子的分离与纯化几乎未曾实现。过去有报道通过旋转光谱和质谱技术识别了氮三基（N3·）自由基以及四氮分子（N4），但尚无确切证据说明中性六氮的存在。
最新研究利用银叠氮化物（AgN3）与氯气或溴气在气相条件下反应，并通过低温惰性气体矩阵捕获实现了六氮分子的室温合成和成功鉴定。具体方法是在减压条件下，将氯气连续通入含有银叠氮化物的玻璃管中，反应生成的气体被快速冷却至10K并捕获于氩气矩阵中，随后通过红外光谱和紫外-可见光谱进行检测。为克服单纯光谱鉴定可能存在的疑问，研究团队还进行了15N同位素标记实验辅助确认谱带对应关系，且进行了高阶从头算量子化学计算支撑实验数据。这些多领域、多手段的综合研究数据共同证实了六氮分子的存在和结构特征。六氮分子呈现出C2h对称性，结构上由两个亚氮三基相连，形成特有的线性骨架。计算显示其N–N键长介于单键和双键之间，化学键呈现一定的双键特征，区别于通常认知中极其稳定且不易断裂的氮气分子三键结构。
电子结构分析则表明其中心键属电中性，分布了正负小电荷分离，体现了复杂的电子云分布。计算分析还揭示了六氮分子具有显著的生成势垒和较高的分解活化能，这不仅解释了其在床式反应条件和低温惰性环境下的稳定性，也预示其在室温短暂时间内能够存活，足以被捕获和研究。更重要的是，六氮分子分解为三个氮气分子时释放的能量大大超过传统炸药材料如TNT和HMX，显示出极高的储能潜力。这使其成为未来高能量密度材料（HEDM）的理想候选。安全性方面，银叠氮化物等前体反应物极度敏感且易爆，实验操作需在严格的安全控制下进行，使用最少量的物质并配备防爆防护措施。同时反应体系中的六氮分子稳定性相对较高，可以在-196℃液氮温度下形成纯净薄膜态，进一步验证了其实验可行性和半稳定性。
紫外光照射下，六氮分子显示出确定的光解行为，结合光谱变化研究揭示了其能级跨度和电子跃迁特点，这为未来调控与应用其光物理性质提供了科学依据。理论计算不仅限于结构优化，还涵盖了能量势垒、电子密度分布、电子局域函数及量子隧穿效应研究，为理解其动力学稳定性和反应活性提供了深刻洞察。特别是在考虑量子隧穿对分解动力学的影响时，发现六氮的寿命明显长于几何类似的环状六氮分子的预测寿命，潜在应用时具有更大的实用价值。展望未来，六氮分子的成功制备为氮基高能材料研究开辟了新的路径，不仅限于单纯的能量储存与释放，也可能涉及新型氮化学品的设计和合成。此外，基于六氮的分子装配体可能在纳米材料、催化剂或电子器件领域发挥作用。面对能源转型和环境保护要求，氮同素异形体有望作为清洁、可循环使用的绿色能源载体贡献力量。
总的来说，六氮（C2h-N6）分子的制备是基础化学和应用科学领域的重大里程碑，其卓越的能量密度与稳定性能为未来能源材料设计和绿色储能技术提供了强有力支持。通过跨学科的实验与计算合作，科学界逐步攻克了多氮分子结构难题，彰显了现代化学研究的创新力和前瞻性。未来相关研究仍需进一步完善制备工艺、提高产率并深入探究其物理化学性质，以实现其在工业和军事领域的实际应用。
