氫作為宇宙和萬物的起源元素，盡管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔至極，但在科學(xué)的舞臺(tái)上展現(xiàn)出極其獨(dú)特的魅力。氫的存在形式豐富多樣，理化性質(zhì)復(fù)雜多變，長(zhǎng)久以來一直是科學(xué)界深入探索與研究的焦點(diǎn)。在常規(guī)過渡金屬與氫的化合物之中，氫一直被認(rèn)為是吸電子原子。然而，最新的研究表明，在特殊環(huán)境下，氫卻可以將自身的外圍電子捐贈(zèng)于金屬，此類氫被稱作“金屬氫”?，F(xiàn)在，國(guó)際上最前沿的研究已經(jīng)證實(shí)在金屬納米團(tuán)簇中可以觀察到1或2個(gè)“金屬氫”的存在，但是目前所有的工作都似乎表明，單個(gè)團(tuán)簇中“金屬氫”數(shù)目不可能達(dá)到3個(gè)及以上。
近日，我校沈慧研究員團(tuán)隊(duì)、廈門大學(xué)鄭南峰院士團(tuán)隊(duì)和寧夏大學(xué)魏建宇教授團(tuán)隊(duì)通力合作，在“金屬氫”領(lǐng)域取得了突破性成果。他們成功將單個(gè)團(tuán)簇中“金屬氫”的數(shù)目提升至3個(gè)。相關(guān)研究成果以“Eight-Electron Pt/Cu Superatom Encapsulating Three ‘Electron-Donating’Hydrides”為題，于2025年1月8日在國(guó)際頂級(jí)期刊Science Advances上發(fā)表，內(nèi)蒙古大學(xué)為該論文第一單位。
在本項(xiàng)研究中，上述研究團(tuán)隊(duì)首先通過對(duì)先前大量文獻(xiàn)的總結(jié)與分析，揭示了傳統(tǒng)團(tuán)簇內(nèi)核的結(jié)構(gòu)剛性對(duì)“金屬氫”數(shù)目可能存在制約效應(yīng)。基于此，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新提出：通過構(gòu)建具有更大空間結(jié)構(gòu)的金屬內(nèi)核或許可以容納更多的“金屬氫”，從而突破現(xiàn)有極限。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)兩年的不懈努力，團(tuán)隊(duì)終于成功制備出第一例含有3個(gè)“金屬氫”的超原子納米團(tuán)簇——PtH3Cu23。該納米團(tuán)簇的成功合成和詳細(xì)表征刷新了納米團(tuán)簇領(lǐng)域中“金屬氫”數(shù)目的最新世界記錄。
氫是元素周期表中的第一個(gè)元素，亦是宇宙中豐度最高的元素。其在宇宙演化、生命起源、分子構(gòu)成、生物大分子組裝、化工生產(chǎn)等扮演著極其重要的角色。在單個(gè)團(tuán)簇中成功揭示3個(gè)“金屬氫”的存在不僅深化了對(duì)含有“金屬氫”納米材料結(jié)構(gòu)化學(xué)的認(rèn)識(shí)，而且更為重要的是，這為我們從多維度認(rèn)識(shí)氫元素的本質(zhì)提供了巨大的可能。這項(xiàng)工作有望在宇宙探索、高溫超導(dǎo)、核物理、能源開發(fā)等領(lǐng)域得到應(yīng)用。該工作得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金、內(nèi)蒙古大學(xué)“駿馬計(jì)劃”及內(nèi)蒙古青年科技人才發(fā)展項(xiàng)目的大力支持。
（供稿：科學(xué)技術(shù)處 編輯：武濤 審核：劉雪峰 終審：阿茹娜）
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