氢能源的三个阶段（未来的梦想能源）

电影《星际穿越》中，地球不再适宜人类生存，为使人类文明得以延续，美国宇航局提出了两个计划。A计划是人类太空移民；B计划是寻找宜居星球，将主人公库珀所在飞船上的人类生殖细胞培育出新人类，继续人类文明。撇开电影的结局不谈，这两个计划有一个共同之处，就是需要飞船，飞船要飞那么远，那么久，燃料储备一定要充足。

目前，科学家们致力于研究含能材料。含能材料广义上指蕴含有大量可释放化学能的一类物质，主要类别包括发射药、推进剂、炸药、烟火剂等。随着科学技术的发展，越来越多的新型含能物质或复合物被发掘，也逐渐被纳入含能材料的范畴之中。所以，现代的含能材料更多的是指含有爆炸性基团或含有氧化剂和可燃物，能独立地进行化学反应并输出能量的化合物或混合物。目前，聚合氮和金属氢是科学家重点研究的含能材料。

聚合氮气成固体燃料

聚合氮具有所含能量高、密度高、生成物为清洁的氮气等优点，是未来火箭推进剂的理想燃料，然而，聚合氮并不容易获得，理论上它的生成条件像形成金刚石那样苛刻，但是大自然中有金刚石的存在，目前为止，我们却没有发现自然形成的聚合氮。气态的氮在6万个标准大气压下才会变成固态氮，试验模型表明生成聚合氮需要在将近200万个标准大气压的情况下，并且无法保证聚合氮能够像金刚石一样在气压减小后还维持稳定状态。

20世纪90年代，美国国防部高级研究计划署化学家克里斯特带领团队研制全氮化合物，至2002年，他们成功地分离出了五氮阳离子，遗憾的是五氮阳离子难以大量结合，更别说呈中性的聚合氮分子了。不久前，德国美因茨马克思·普朗克科学促进协会研究人员通过激光加热微型金刚石小室内的氮气，得到立方体偏转结构聚合氮，其密度是水的3倍，是液态氢的50倍。理论上，它可以存储大量的能量。但实际上，它在室温下极不稳定，一旦接触空气就会剧烈反应。

最近，南京理工大学研究人员发布他们的研究成果：首例五氮唑阴离子盐的合成。他们的研究成果推动了聚氮化合物应用的进程。

聚合氢气成金属

除了聚合氮，金属氢同样广受关注。通常情况下，氢是以气体形态出现的，木星的大气就有82%的氢，但随着深度的增加，氢逐渐变为液态，在木星内部的更深处，氢在高温高压的情况下会变成金属氢。

据预测，金属氢储藏的能量是烈性炸药TNT的50倍。相比之下，金属氢的生成条件没有聚合氮那么苛刻。现在，科学家已经意识到，金属氢可能在常温常压下仍然能维持稳定。2017年，哈佛大学教授伊萨克·席尔瓦拉和他的团队成功制成金属氢，这是地球上唯一一块金属氢样品，被称为“无与伦比的成就”。然而，这块金属氢的地球之旅是短暂的，由于操作失误，这块唯一的金属氢消失了！这块金属氢过快的消逝，使得对于它的品质、特性、形态以及是否便于储存都还不得而知。这也引起了一些专家的质疑，表示只有能够重复这项实验时他们才会承认这一成果。

不管怎样，科学家们共识是，金属氢值得放手一搏，如果确定它能够在常温常压下维持稳定，那么它的应用前景十分广阔。尤其是应用于航天领域，作为未来星际航行的燃料是非常值得期待的。

无论是聚合氮还是金属氢，都有一个共同点：环境友好。无论是氮气还是氢气都是清洁气体。我们期待着它们的成功运用，这将是一次里程碑式的飞跃。