今日Nature：纯水也能导电！——金色金属水溶液的光谱证据

【研究背景】

理论上，绝缘材料可以通过施加压力而变成金属材料。就纯水而言，这估计需要48兆巴的压力，这大大超出了目前的实验室条件，可能只存在于大行星或恒星的内部。事实上，实验和理论计算表明，在实验室可获得的压力下，水最多只能是具有高质子导电性的超离子，而无法成为具有导电电子的金属。

【成果简介】

近日，捷克科学院有机化学和生物化学研究所Pavel Jungwirth教授团队研究表明，在水与碱金属反应时，可以通过大量的电子掺杂来制备金属水溶液。虽然液态氨的类似金属溶液具有高浓度的溶剂化电子早已为人所知并已进行了表征，但到目前为止，碱金属和水之间的爆炸性相互作用只允许制备具有低的亚金属电子浓度的水溶液。作者发现，水-碱金属反应的爆炸行为可以通过在约10^-4毫巴的低压下将水蒸气吸附在喷射到真空室的液态钠-钾合金滴上而得到抑制。这种设定导致在金属合金滴上形成一个瞬时金色的金属水溶液层。然后用光学反射和同步辐射X射线光电子能谱确认了这一层的金属特性，每立方厘米含有大约5×10²¹个电子。该文章近日以题为“Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution”发表在知名顶刊Nature上。

【图文导读】

图一、真空中的纯NaK滴和暴露在水蒸气中的NaK滴的时间演变

图二、通过NaK滴上的水蒸气吸附而形成一层薄薄的金色金属水层的示意图

图三、光学和X射线光电子能谱表征金属水溶液的光谱特征

图四、采用自由电子气体模型对实验数据进行拟合

文献链接：Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution (Nature, 2021, doi: 10.1038/s41586-021-03646-5)

本文由大兵哥供稿。