中国获氢科技重大突破 新制备方法引发全球关注

氢，是当今社会中的热点科技之一，在掌握气态、液态、固态的制备方法后，如何制备“金属氢”一直是科学界努力攻关的难题。

相信一直关注前沿材料科学的朋友还记得2017年哈佛大学在《Science》发文称制备出“金属氢”，轰动全球，只是后来该“金属氢”样品莫名奇妙地消失了。

而近期，山东大学科研团队对于金属氢的研究取得了重大突破，在全球范围内引起重大关注。

（来源：微信公众号“一号新能源”）

那么什么是“金属氢”？它又为何受到如此巨大的关注呢？

据介绍，山东大学赵明文教授团队提出利用碳纳米管高机械强度的特点，在碳纳米管中以相对“较低”的压力制备与保护准一维“金属氢”，并由此发展出相应的理论模型。

这项理论成果日前在Nano Letters 上（一区TOP期刊，IF=12.712）《纳米快报》发表。

自1935年Wigner 和 Huntington预言高压下“金属氢”的存在以来，“金属氢”一直是人们梦寐以求的目标，被称为高压物理的“圣杯”。

“金属氢”的一个重要性质是它的超导特性。理论计算表明：在450 GPa 下（1 GPa = 1万倍大气压），“金属氢”具有接近室温的超导特性（TC ～242K）。但是，如此高的压力对于实验是一个极大的挑战，令实验论证步履维艰。

2017年，哈佛大学的课题组在实验室里成功制造出495 GPa的超高压力，首次报道了真正意义上的“金属氢”轰动全球，可惜后来该“金属氢”的样品莫名奇妙地消失了。

因此，如何在相对“较低”的压力下获得“金属氢”，成为目前的一个重要研究方向。

图1 哈佛报道的金刚石高压砧正在压缩分子态氢气的示意图。在更高的压力下，分子态氢会转变为原子态氢，如右侧小图所示。

最近，山东大学夏曰源教授、赵明文教授与合作者，提出了一种制备“金属氢”的新方法：利用碳纳米管高机械强度的特点，在碳纳米管内形成超高密度的准一维“金属氢”。

碳纳米管不仅可以保护稍纵即逝的“金属氢”，而且能有效地降低氢金属化的临界压力，在相对“较低”的压力下实现氢的金属化和超导特性。

图2 超导的临界温度接近室温

该成果表明，基于量子力学第一性原理的分子动力学模拟显示，束缚于碳纳米管的准一维氢在163.5 GPa（即163.5万倍大气压）下就可以变成金属，其超导的临界温度（TC ～225 K）也接近室温。

该研究团队在Eliashberg 超导理论的基础上，发展了相应的理论模型，成功解释了准一维“金属氢”的超导特性。

这项理论成果为实验上制备和研究常温超导体“金属氢”提供了新的方案。

该研究成果中，山东大学物理学院夏曰源教授和赵明文教授分别为文章的第一作者和通讯作者，化学与化工院马玉臣教授为共同通讯作者，山东大学为唯一完成单位。

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