氢化物研究论文

近日，宁波大学崔田教授、吉林大学黄晓丽教授等人，与俄罗斯Skolkovo科学技术研究院Artem R. Oganov课题组合作，在高压下超氢化合物研究方面又取得突破性进展。研究成果以“ Synthesis of molecular metallic barium superhydride: pseudocubic BaH12 ”为题，于2021年1月11日发表在 Nature Communications 上。

在极高的压力下，氢由于独特的量子性和电子结构，会转变为金属氢，极有可能成为室温超导体。早前哈佛大学报道了在495GPa压力下固态氢转变为原子金属氢的实验证据，但争议较大。除了在纯氢体系中实现原子金属氢之外，在氢体系中添加其它元素，形成高氢含量的富氢化物也是一种获得金属氢的途径：利用非氢原子的“化学预压缩”作用，在较低压力下实现金属态和超导电性。因此，寻找到更高含氢量的、性能优异的富氢化合物是氢基超导领域的重要研究方向。本课题组通过Ba元素掺杂成功合成了新型钡超氢化物BaH12（pseudocubic Cmc 21），是目前实验上获得氢化学计量比最高的氢化物。利用原位高压同步辐射X射线衍射结合理论计算发现新型钡超氢化物BaH12具有扭曲的立方结构，呈现金属性。BaH12能稳定至75GPa，大约是分子金属氢所需压力的五分之一，原位高压电学测量表明在140GPa时其超导转变温度为20K。这项研究在理解氢基高温超导体的结构特征方面取得标志性进展，同时为常压下实现室温超导提供了重要的参考途径。

通过原位高压同步辐射X射线衍射测量技术结合激光加热技术，我们在DAC #B0-B3四组实验中均成功合成了具有准立方结构的富氢化合物BaH12（见图1）。为了克服氢渗的问题，我们采用了NH3BH3(AB)作为氢源，该方法已经被证明在百万大气压以上压力合成超氢化物是有效的。将~10 μm的金属Ba与作为氢源和传压介质的AB在目标压力下激光加热至1500K以上，加热后可以明显看到金属样品体积的膨胀，预示着新化合物的产生。通过实验测量与理论计算方法相结合，进一步确定新型钡氢化物的化学计量比和对称性。

除了

结构以外，进一步的理论计算提出了几种扭曲的立方结构BaH12： Cmc 21， P 21及 P 1（见图2）。计算结果表明，

-BaH12的热力学和动力学都不稳定(ΔHform> )，因此可能扭曲为低对称性的 Cmc 21、 P 21或者 P 1，并且XRD图谱上较弱的非立方相的衍射峰也证明了结构扭曲的可能性。结合实验上观测到BaH12具有的金属性，从而判定合成出的BaH12具有 Cmc 21结构。

图2：几种扭曲立方结构BaH12的声子和电子态密度图

电子局域分布函数计算结果表明， Cmc 21-BaH12结构中氢原子以H2(dH-H=Å)和

(dH-H=和 Å)单元的形式存在，两者组成H12的马蹄形长链(dH-H< Å)（图3）。Bader电荷分析表明，电子由Ba原子向H原子转移。因此，Ba-H键为离子键，而H-H主要为共价键。态密度图谱显示费米面处83%的电子来自于氢，BaH12的导电性源自H12长链构成的氢原子层，这是首次发现的具有金属性的分子氢化物。

图3：150 GPa压力下 Cmc 21-BaH12结构的电子局域函数及态密度分布

为了研究 Cmc 21-BaH12结构的金属性和超导性，我们进行了原位高压电学测量。在140 GPa、1600 K条件下制备目标样品后，原位高压电阻测量结果证实了其金属性，并在140 GPa具有20 K的超导转变温度，与理论结果符合（图4）。BaH12是目前实验上合成的含氢量最高，稳定压力最低的金属氢化物，为金属氢及富氢化合物的超导研究提供了新思路。

图4：140 GPa时样品电阻随压力的变化及计算的BaH12超导参数

该研究成果共同第一作者为吉林大学陈吴昊博士、Skolkovo科学技术研究院Dmitrii V. Semenok博士及Alexander G. Kvashnin博士，通讯作者为宁波大学崔田教授、吉林大学黄晓丽教授及Skolkovo科学技术研究院Artem R. Oganov教授。该工作得到了国家自然基金委项目、上海光源同步辐射BL15U1线站的大力支持。

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我写的《生物医用钛及钛合金的粉末冶金制备工艺研究》，发你一篇肯定不行的，学校都要求原创。当时我也是急啊，还好同学给的莫文网，很快就帮我搞定了，感谢啊思路：关键是实验部分，采用新的粉末冶金方法,以氢化钛粉代替传统钛金属粉末,作为成形和烧结的原材料。采用混合元素法,通过直接烧结TiHH2粉及合金氢化物粉,在烧结过程中直接进行脱氢,制备钛及钛合金。采用热膨胀仪,TG-DSC热重差热分析，X射线衍射(XRD)，SEM及力学性能检测等手段研究了氢化物热分解脱氢过程、烧结致密化过程、烧结样显微组织和力学性能。首先对氢化物分解反应的热力学和动力学进行分析,为确定最佳脱氢-烧结工艺提供理论依据。