图1

体系中最初是氢气. 通过等离子体激活产生的超平衡氢原子就可以使石墨腐蚀和金刚石生长同时发生. 显然这时封闭体系中的气体已经不是单纯的H₂, 同时一定包含了各种碳氢化合物(CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, … ). 因此在此封闭体系中一定是发生了化学反应. 光谱研究也证实了这一点. 在热力学耦合模型中所讨论的反应(1)和反应(2)都仅仅是简化的反应代表而已. 至于反应机理请看图2:

图2

在石墨<1000>表面上的团簇非常类似于物理吸附的不饱和具有大p键苯等芳香烃. 而在金刚石<111>表面上的团簇非常类似于化学吸附的饱和具有s键环己烷等脂肪烃. 在超平衡氢原子的作用下, 不饱和具有大p键苯等芳香烃很容易发生加成反应. 经过大p键破裂, 甚至分解成气态的小分子各种碳氢化合物(CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, … ). 但是在金刚石表面上的团簇, 都是C-C或C-H等饱和的s键, 很难和超平衡氢原子反应; 而是气态的小分子各种碳氢化合物(CH₄, C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆, … )在金刚石表面上分解而团簇生长. 总的结果是: 石墨被腐蚀而金刚石在生长. 这样的反应机理再简化就得到图3. 用双箭头来表示耦合反应. 这种双箭头的耦合反应在生命科学是非常流行的. 或者说, 在生命科学中有着大量耦合反应. 甚至 “耦合反应(coupled reaction)”这个名词也是首先由生物化学家在研究生化反应时首先提出来的. 对耦合反应机理的讨论能够进入原子的层次, 则又得借助于激活低压人造金刚石的研究. 更详细的实验事描述和机理讨论就请参见我的几本热力学专著了.