氢作为宇宙和万物的起源元素，尽管结构简洁至极，但在科学的舞台上展现出极其独特的魅力。氢的存在形式丰富多样，理化性质复杂多变，长久以来一直是科学界深入探索与研究的焦点。在常规过渡金属与氢的化合物之中，氢一直被认为是吸电子原子。然而，最新的研究表明，在特殊环境下，氢却可以将自身的外围电子捐赠于金属，此类氢被称作“金属氢”。现在，国际上最前沿的研究已经证实在金属纳米团簇中可以观察到1或2个“金属氢”的存在，但是目前所有的工作都似乎表明，单个团簇中“金属氢”数目不可能达到3个及以上。
近日，我校沈慧研究员团队、厦门大学郑南峰院士团队和宁夏大学魏建宇教授团队通力合作，在“金属氢”领域取得了突破性成果。他们成功将单个团簇中“金属氢”的数目提升至3个。相关研究成果以“Eight-Electron Pt/Cu Superatom Encapsulating Three ‘Electron-Donating’Hydrides”为题，于2025年1月8日在国际顶级期刊Science Advances上发表，内蒙古大学为该论文第一单位。
在本项研究中，上述研究团队首先通过对先前大量文献的总结与分析，揭示了传统团簇内核的结构刚性对“金属氢”数目可能存在制约效应。基于此，团队创新提出：通过构建具有更大空间结构的金属内核或许可以容纳更多的“金属氢”，从而突破现有极限。经过长达两年的不懈努力，团队终于成功制备出第一例含有3个“金属氢”的超原子纳米团簇——PtH3Cu23。该纳米团簇的成功合成和详细表征刷新了纳米团簇领域中“金属氢”数目的最新世界记录。
氢是元素周期表中的第一个元素，亦是宇宙中丰度最高的元素。其在宇宙演化、生命起源、分子构成、生物大分子组装、化工生产等扮演着极其重要的角色。在单个团簇中成功揭示3个“金属氢”的存在不仅深化了对含有“金属氢”纳米材料结构化学的认识，而且更为重要的是，这为我们从多维度认识氢元素的本质提供了巨大的可能。这项工作有望在宇宙探索、高温超导、核物理、能源开发等领域得到应用。该工作得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、内蒙古大学“骏马计划”及内蒙古青年科技人才发展项目的大力支持。