氢化锂在工业工程中有非常重要的应用，是常用的反应堆中子慢化剂和屏蔽材料，前苏联科学家Ginzburg早在1948年就提出用氢化锂的同位素氘化锂代替液化的氘氚燃料来缩减笨重的热核装置体积，美国于1954年3月1日成功引爆了第一颗用氘化锂为燃料的氢弹“Castle Bravo”，这也是美国历史上曾引爆过的威力最大的核装置，其后的所有热核装置基本都以氘化锂为燃料。此外，氢化锂还被视作潜在的储氢材料被广泛研究，其储氢重量比高达12%，优于大部分的储氢材料。

作为最简单和最轻的离子化合物，长期以来科学家相信我们已经完全掌握了氢化锂的基本物理性质和化学行为，理论描述也相当完备。然而就像单质氢和锂不断给人惊喜一样，高压下它们之间的化合物——氢化锂——也展现出复杂多变且令人迷惑的行为。为了研究氢金属化的物理机制，著名物理学家Ashcroft和著名化学家、诺贝尔化学奖得主Hoffmann教授等人发现在氢中加入一点点的锂便可大幅度地降低其金属化压力，并形成复杂的富氢化合物，其最高化学配比甚至可达1:8，远远超出了化学价模型允许的理论上限，这可以说是第一个真正意义上利用Ashcroft教授提出的“化学预压缩”方法实现金属氢理念的成功案例，推动了后续富氢金属化研究的快速发展。​

图1 实验成功合成出了光学透明的富氢锂化物LiHn，但理论预测的LiH2和LiH6呈现金属性质，与实验观测完全不符

循此思路，2015年法国CEA的实验研究小组在金刚石压腔中成功合成出了富氢化锂LiHn。令人意外的是他们的实验观测与理论预测竟然大相径庭：他们合成出的富氢化锂是光学透明的晶体，因此是绝缘的、非金属的，而所有理论预测的锂的富氢化物却都是金属。这一理论与实验的严重背离让人困惑不解：一方面实验的数据看起来是可靠的，而另一方面对于氢-锂这一只含s和p电子的主族间离子化合物来说，没有理由怀疑当前的理论存在问题。

图2 范德瓦耳斯力完全改变了富氢化锂的相图，并导致与实验观测自洽且绝缘（光学透明）的LiH₉结构

为了解决这一谜团，来自CAEP的科研人员详细研究对比了单质氢和富氢化锂中氢分子的离解过程，发现通常理论所用的密度泛函方法在描述氢分子离解过程中的电子局域化和电荷转移时是有先天缺陷的，需要引入新的修正——即必须考虑范德瓦耳斯相互作用（通常认为这一作用是很弱的，因此在富氢化物研究中常常被忽略）。他们利用新的高精度的方法重新计算了富氢化锂的高压稳定结构和相图，发现范德瓦耳斯相互作用的贡献出乎意料地重要，它甚至完全改变了之前理论预测的基本物性特征：具有金属性质的LiH6相消失了，取而代之的是绝缘的、具有宽带隙（因而是光学透明）的新相LiH9，同时金属性的LiH2也变成了非金属。这一重要的进展消除了实验与理论间的尖锐矛盾，解开了富氢化锂中的谜团。​​

其中的关键在于带负电的H3团簇，以前研究人员坚信这一团簇只在重元素的富氢化物中存在，不可能出现在富氢化锂中。但新的研究显示范德瓦耳斯力使得这一奇特的团簇可以稳定存在，且导致了实验观测到的光学透明特性。事实上，如果没有H3团簇，即便考虑了范德瓦耳斯修正，富氢化锂仍将是金属性的。

这一结论对研究其它富氢化合物及其金属化机制具有重要意义。研究人员已经从理论上预测了许多的富氢化物，其中一些化合物还被预测具有很高的超导转变温度，但除了极少数（例如H3S）被实验证实之外，其余大部分的理论预测与实验相距甚远，研究人员对其中所涉及的物理过程的认识仍很不充分可能是原因之一，关于富氢化锂的这一最新进展无疑向前迈出了一大步。此外，新研究还显示范德瓦耳斯力可使得锂吸附更多的氢，其最高化学配比进一步提高至1:10，相应的储氢重量比接近60%，遥遥领先其它的储氢方法或材料，展现了富氢锂化物在新能源应用中诱人的前景。​

 全文链接：Yangmei Chen, Hua Y. Geng（耿华运）, Xiaozhen Yan, Yi Sun, Qiang Wu, and Xiangrong Chen, Prediction of Stable Ground-State Lithium Polyhydrides under High Pressures, Inorg. Chem. 56, 3867-3874 (2017).