導(dǎo)讀

燕山大學(xué)高壓科學(xué)中心田永君團隊與國內(nèi)外研究人員合作，理論預(yù)測高壓下惰性氣體氦(He)和氟氣(F2)反應(yīng)，形成極性共價鍵He-F，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的He3F2化合物。研究成果以“高壓下氦與氟的化學(xué)鍵合”(Chemical Bonding between Helium and Fluorine under Pressure)為題，發(fā)表于《美國化學(xué)會志》(Journal of the American Chemical Society)。

在化學(xué)元素的世界里，氟以“宇宙最強電負性”著稱，而氦則是出了名的“化學(xué)宅男”，在常壓下拒絕與任何元素反應(yīng)。然而，燕山大學(xué)的研究人員卻讓這對“冰與火”的元素組合在極端條件下發(fā)生反應(yīng)，首次形成了真正的氦化學(xué)鍵(helium bond)，顛覆了傳統(tǒng)認知。

研究人員通過理論計算發(fā)現(xiàn)，在2TPa的極端高壓下，氟原子成功“撬開”了氦的封閉電子殼層，形成由HeF2人字鏈狀結(jié)構(gòu)單元和孤立氦原子組成的He3F2化合物。

3He+F2→ He3F2(即HeF2?2He)

化學(xué)成鍵分析表明，He3F2中氦的1s電子作為化學(xué)鍵的組成部分，形成新奇的極性共價He-F鍵：即一個氦原子連接3個氟原子，而每個氟原子連接兩個氦原子，氦氟之間存在電荷轉(zhuǎn)移，通過這樣的連接方式形成HeF2人字鏈狀結(jié)構(gòu)單元。分子軌道理論分析進一步證明，He-F極性共價鍵源于高壓下氦的1s軌道與氟的2p軌道之間的強相互作用。通常這種鍵合方式出現(xiàn)在諸如水等分子中，如今卻在兩個最不可能的元素之間實現(xiàn)了。這一發(fā)現(xiàn)不僅刷新了氟化學(xué)的反應(yīng)邊界，而且揭示惰性元素在極端環(huán)境下蘊藏的未知化學(xué)潛能，為探索極端條件下的新物質(zhì)、新反應(yīng)提供重要線索。該研究成果獲得審稿人高度評價：如，This is an important contribution in the field of noble gas binding，formation of a helium bond under pressure is interesting。又如，This is in contrast to other studies of He-containing high-pressure materials, where the He tends to act as an inert stabilizing spacer…This certainly is very novel chemistry。

本項研究由燕山大學(xué)、南開大學(xué)和美國北卡羅來納大學(xué)合作完成，論文共同第一作者為燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士后侯晶鈺、理學(xué)院博士生王曉珺，通訊作者為燕山大學(xué)周向鋒教授和南開大學(xué)董校教授。研究獲得國家自然科學(xué)基金(52025026、52288102、52090020、92263101、12174200)等項目支持。

高壓下氦與氟之間的化學(xué)鍵合

來源：燕山大學(xué)