研究透视：Nature-水导电-金色金属水溶液的光谱证据

绝缘材料原则上，可以通过施加压力制成金属。在纯水的情况下，这估计需要 48 兆巴的压力，这超出了目前的实验能力，可能只存在于大型行星或恒星。 在现有的实验室可达到的压力下，水充其量是具有高质子传导性的超离子 ，但不是具有导电电子的金属 。今日，捷克科学院Pavel Jungwirth联合欧美日研究人员，在Nature上发文，报道了可以通过在水与碱金属反应时，大量掺杂电子来制备金属水溶液。尽管具有高浓度溶剂化电子的液态氨的类似金属溶液早已为人所知和表征 ，但碱金属和水之间的相互作用，迄今为止仅允许制备具有低、亚金属的水溶液，电子浓度。通过将水蒸气在约 10-4 毫巴的低压下，吸附到喷射到真空室中的液态钠钾合金液滴上，可以抑制水-碱金属反应的爆炸行为。这种设置导致形成覆盖金属合金液滴的金属水溶液，并瞬态形成金色层。该层的金属特性，每立方厘米掺杂了大约 5 × 1021 个电子，使用光学反射和同步加速器 X 射线光电子光谱证实。

从石英毛细管喷射到真空室中的纯NaK 液滴，在没有水蒸气的情况下显示在左上角。这种银滴最终直径约为 5 毫米，没有任何明显的颜色。这一系列图像显示了喷射到真空室中的 NaK 液滴的逐秒演变，背景水蒸气压力约为 10-4 毫巴。显示金属水溶液的早期形成金色层，进一步吸水后，在几秒钟内变成青铜色，然后变成蓝色，最终失去金属光泽，形成的碱金属氢氧化物有可见的白色斑块。

图为真空中的纯 NaK 液滴，和暴露于水蒸气的 NaK 液滴的时间演变（图源Nature）

图为来自光学和 X 射线光电子能谱的金属水溶液的光谱特征（图源Nature）a-c，与纯 NaK（黑色）相比，金属水溶液（金）的灯光谱（a，b）和光电子光谱（c）在减去之前和之后的光学反射光谱。a，无色NaK液滴的光谱反映了照明灯的光谱特性。b，当减去灯光谱时，该系统获得了基本平坦的光谱，在光谱的可见光区域具有显着的金属水层的等离子体吸收峰。c，暴露于~10-4 mbar 的水蒸气压时，光电子光谱中的新兴特征包括新的等离子体峰和费米边缘附近的窄导带。 我们还观察到来自产生的氢氧化物的信号，因为信号上升到 ~4.5 eV 以上。 其中，所有面板中的红色虚线标记了等离子体峰的位置。

这一研究表明，通过利用水蒸气吸附在NaK滴，可抑制剧烈的（甚至爆炸性的）化学反应，以便对形成的金属水溶液的金色层进行光谱表征。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03646-5

本文译自”Nature"。