編者語：氫氣金屬化能源潛力無限。聚變能量比鈾大很多倍；輸電效率可達99%以上；制造發電機輸出功率提高幾十倍。超導體材料的電阻為零，它的這一性質讓電子可以在其體內自由移動，不受拘束。同時，超導體能夠長時間傳導高強電流，并保持電流不以熱能的形式散發。正因如此，超導體成了電力運輸中提高能效的理想選擇。而金屬氫正是一種超導體。

金屬氫中，電子可以自由移動

　　1個鋰原子與2個氫原子結合，形成LiH2

　　眾所周知，按照元素周期表的排列順序，氫是宇宙中最輕的元素，而鋰是第三輕的元素。在正常的溫度及壓力條件下，氫為氣體，而鋰為固體。氫氣分子則是由兩個緊密結合在一起的氫原子組成的，每個氫原子貢獻一個電子。但將氫金屬化并不容易，因為它是一個在極端高壓下反應的過程。

　　近日，美國國家科學院學報刊登了一篇文章。文章由來自康奈爾大學及紐約州立大學的科學家們共同撰寫。他們表示，如果往氫氣里面加入少量的金屬鋰，氫氣金屬化所需壓強將降至原來的1/4，并形成具有超導性質的化合物。美國國家科學基金會為該研究提供資金。

　　何謂金屬氫

　　在木星和土星上，由于地心引力及壓強極大，氫氣會以金屬態存在。目前，科學家就正在嘗試模擬與木星和土星上相似的環境，將氫原子的外層電子“奪”過來，形成金屬氫。

　　為什么要將氫的外層電子“奪”過來？科學家解釋道，這是金屬氫形成的關鍵。氫在金屬狀態下，氫分子將分裂成單個氫原子，并使電子能夠自由運動。在金屬氫中，氫分子鍵斷裂，分子內受束縛的電子被擠壓成公有電子，這種電子的自由運動，使氫具有了導電的性質。由于導電是金屬的特性，科學家才形象地將這一氫的新狀態稱為“金屬氫”。因此，把氫制成金屬，關鍵就是把電子從原子的束縛下解放出來。但想要做到這一點并不容易，因為氫原子僅有一個電子，二者的結合極為緊密。如果有足夠的壓力把大量氫原子非常緊密地擠在一起，以致各個原子都被８個、１０個甚至１２個近鄰原子所包圍。于是，每個氫原子的單個電子，不管原子核是否有異常強的吸引力，就可能開始從一個相鄰原子滑到另一個相鄰原子，形成運動。這樣就會得到“金屬氫”。

　　模擬極端壓強

　　如何模擬火星、土星表面的環境？科學家用金剛石壓砧（DAC），在340萬個大氣壓強的極端壓強環境下對氫氣進行擠壓。為使人們對壓強概念有一個更直觀的了解，科學家解釋道，海平面的壓強為1個大氣壓，而地球核心的壓強則約為350萬個大氣壓。在制造如此高壓、穩定的大氣壓強的過程中，科學家遇到了巨大的困難。他們使用了多種方法，其中就包括使用沖擊波，但效果仍不甚理想。為降低氫氣金屬化對壓強的要求，科學家想到了把氫氣與其他元素相結合。

　　氫鋰結合使金屬化更容易

　　研究人員表示，氫氣與金屬鋰在壓強很大的情況下會發生反應，生成一種非金屬態的穩定化合物（LiH）。該研究小組正在試驗不同的氫與鋰的組合。其中一個組合為：1個鋰原子與6個氫原子結合，組成一種化學式為LiH6的化合物。通過復雜的計算機運算，科學家預測，在這種假想的化合物中，鋰原子將被激活，并釋放唯一的外層電子，分散在3個氫原子之間，成為自由導電電子。科學家已經證明，在加壓的情況下，LiH6是一種穩定的氫金屬化合物。相比而言，雖然LiH6在常壓下也以金屬形態存在，但這時它會變得不穩定，容易分解成LiH和氫氣。

　　紐約州立大學助理教授伊娃·蘇里克（Eva Zurek）說：“向氫氣中加入金屬鋰的好處在于，它可以降低將氫氣金屬化所需的壓強。形成穩定的LiH6約需要100萬個大氣壓強，而將純氫金屬化則需大約400萬大氣壓強。”

　　金屬氫的能源利用前景

　　1981年度諾貝爾化學獎得主、康奈爾大學教授羅爾德·霍夫曼說：“十分有趣的是，在100萬至160萬大氣壓之間，所有已接受測試的鋰、氫化合物都處于穩定或亞穩定狀態，并呈金屬態。”除LiH6外，研究人員還研究了另外一種鋰、氫化合物：LiH2（含1個鋰原子與2個氫原子）。美國國家科學家基金會材料研究部的項目主任達里爾·赫斯說：“這些理論研究開啟了在實驗室可得高壓下輕元素結合的大門，這在以前是沒有過的。它有可能會帶領人類發現新的材料，或者是物質的新狀態。”

　　而這些發現有可能為能源領域帶來新的曙光。因為金屬氫是一種亞穩態物質，可以用它來做成約束等離子體的“磁籠”，把熾熱的電離氣體“盛裝”起來。同時，金屬氫內儲藏著巨大的能量，比普通TNT炸藥大30-40倍。因此，金屬氫聚變時釋放的能量要比鈾核裂變大很多倍。此外，用金屬氫輸電，可以完全擺脫對大型變電站的依賴，而輸電效率則可達99％以上。如果用金屬氫制造發電機，其重量不到普通發電機重量的10％，而輸出功率可以提高幾十倍乃至上百倍。

　　研究小組的成員說，從研究中所得信息可以看出，大量的氫原素可以與其他元素相結合。有朝一日，這些信息會幫助人們制造出更多金屬態的、以氫為基礎的超導體。從20世紀40年代開始，美、日等國就投入了大量的人力、物力研制金屬氫。目前，世界上的高壓實驗室已達100多個。美國已研制成功了能產生100萬大氣壓的壓力機，日本研制成功了“分離球體式多級多活塞組合裝置”能產生200萬個大氣壓。近年來，日本等幾個國家宣布已在實驗室內研制成功了金屬氫，這是人類向金屬氫邁出了可喜的一步。