Nature：纯水导电！

原则上，绝缘材料可以通过施加压力而获得金属性。就纯净水而言，估计需要48兆帕的压力，而这超出了目前的实验能力。事实上，最新的估计和实验表明，在实验室可获得的压力下，水最多只能形成具有高质子导电性的超离子导体，而不是具有导电电子的金属水。

在此，来自捷克科学院有机化学与生物化学研究所的Pavel Jungwirth等研究者证明了，金属水溶液，可以通过在水与碱金属反应时，通过大量掺杂电子来制备。相关论文以题为“Spectroscopic evidence for a gold-coloured metallic water solution”于2021年07月28日发表在Nature上。

在此，研究者的实验是用钠钾(NaK)合金实现的，这种合金在室温下是液态的，从微喷嘴以每10秒一滴的速度滴入真空室，背景水蒸气压力可调至几分之一毫巴。由于真空室中没有水蒸气，NaK滴只有银色的金属光泽(见图1的左上角面板)。可见颜色的缺乏，是由于碱金属，既不具有受光学激发的d电子也不具有f电子。

当真空室中的水蒸气压力增加到~10^-4 mbar时，足够数量的水吸附到新形成的NaK的表面，这样它们的表层几乎立即变成金色(图1)。金黄色持续长达~5s，之后，随着水继续吸附，颜色逐渐变成青铜色随之持续2~3s(图1)。最终，液滴失去其金属光泽，变成紫色/蓝色，最后变成白色——后者是由于金属和水反应形成的碱氢氧化物层(图1)。研究者利用光学反射和同步X射线光电子能谱，证实了这一层的金属特性，每立方厘米掺杂约5×10²¹个电子。整个过程大约持续10秒，在此期间液滴逐渐长大，最终达到直径约5毫米的尺寸。然后，由于重力的作用，它从毛细管的末端脱落，紧接着一个新的液滴开始演化。如果水汽压保持在一个相对狭窄的范围内，接近最佳值(约10⁻⁴ mbar)，那么一个金色液滴的瞬态形成完全可以在数百个液滴的“序列”中重现。

图1. 真空中的纯NaK滴和暴露在水蒸气中的NaK滴的时间演化

图2. 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3. 金属水溶液的光谱特征来自光学和X射线光电子能谱

图4. 用自由电子气模型拟合实验数据

综上所述，这项研究表明，通过在NaK滴上吸附水蒸气可以充分抑制强烈的(甚至爆炸性的)化学反应活性，以便对形成的金色金属水溶液层进行视觉观察和光谱表征。通过这种方式，人们就可以不需要使用不切实际的高压来将水金属化。

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03646-5#citeas