导语

近日（2026.3.17），德国电子同步辐射（DESY）、鲁尔大学波鸿分校、乌普萨拉大学、斯图加特大学、日本原子能研究开发机构等单位组成的国际团队，在《Nature Communications》发表题为“Synthesis of high-entropy hydride from the Cantor alloy (fcc-CoCrFeNiMn) at extreme conditions”的研究论文。研究人员通过金刚石对顶砧、大腔体压机原位 X 射线衍射、高压中子衍射与第一性原理计算，成功将以“耐氢”著称的 Cantor 高熵合金转化为面心立方高熵氢化物 (CoCrFeNiMn)H，并确认氢优先占据金属晶格中的八面体间隙。 

其中，德国电子同步辐射（DESY）PETRA III P61B 能量色散线站使用德国沃根瑞特（Max Voggenreiter GmbH） 高精度六面顶大腔体压机 Aster-15（型号：MAVO Press LPQ6-1500-100），在 11–15 GPa 高压和升温过程中实时追踪合金吸氢与晶格体积变化，为高熵氢化物的形成路径提供了关键原位证据。

图 1  德国电子同步辐射加速器(DESY)   线站上的 LPQ6 高精度六面顶压机，制造商：德国沃根瑞特（Max Voggenreiter GmbH）

从“拒绝氢”到形成高熵氢化物

Cantor 合金由 Co、Cr、Fe、Ni、Mn 五种元素近等原子比组成，是高熵合金研究中最经典的体系之一。它兼具简单晶体结构与高度化学无序，在力学性能、耐腐蚀和能源材料领域受到广泛关注。此前的实验发现，即使在室温下将氢压力提高到 40 GPa，Cantor 合金仍几乎不吸氢，表现出可与铜铍合金和钢材相比的耐氢能力。

这项新研究表明，“耐氢”并非绝对不反应，而是常温下反应动力学受限。研究团队通过压力与温度协同调控，为氢进入金属晶格打开通道：在金刚石对顶砧实验中，样品经高压加热后出现面心立方氢化物；在大腔体压机实验中，氨硼烷受热分解释放氢，Cantor 合金随之快速吸氢，单位金属原子所占体积明显增加，并在冷却过程中保留氢化物特征。

高温高压原位实验-实时捕捉吸氢过程

原位实验在 DESY PETRA III P61B 线站完成。研究人员将约 6 mg Cantor 合金粉末压成小型圆片，与氨硼烷氢源共同密封在 NaCl 胶囊中，采用 14/7 多面砧组装加压至 11 GPa 或 15 GPa，再逐步升温触发氢源分解和氢化反应。整个加压、升温、冷却及卸压过程同步采集能量色散 X 射线衍射数据。

承担这一原位实验的是德国沃根瑞特（Max Voggenreiter GmbH）Aster-15大腔体压机，完整型号为 MAVO Press LPQ6-1500-100。六个独立驱动方向能够在为同步辐射光路留出实验窗口的同时，对多面砧组件施加稳定载荷。六个方向的位移控制精度达到1um。其与 P61B 高能 X 射线系统结合，使研究人员能够在GPa压强和高温下连续观察微小样品的结构演化，而不是只比较实验前后的最终产物。

图 2  P61B 线站 LPQ6-1500-100 大腔体压机实验记录的原子体积变化。氨硼烷分解释放氢后，Cantor 合金形成晶格膨胀的高熵氢化物。图片来源：Glazyrin et al., Nature Communications (2026)，CC BY 4.0。

多种极端条件手段构成完整证据链

研究团队设计了互补的实验路线。金刚石对顶砧可以进入更高压力区间，用于确定纯氢环境下的转化条件；沃根瑞特LPQ6-1500-100 高精度大腔体压机提供更大的样品体积和同步辐射原位观测能力，验证较低压力区间的可行合成路径；日本 J-PARC PLANET 线站的高压中子衍射则利用中子对氘的高灵敏度，直接判断氢在晶格中的位置。

实验与计算共同指向同一结构模型：合成物近似为氢金属比 1:1 的 (CoCrFeNiMn)H，保持面心立方金属骨架，氢占据八面体间隙。第一性原理计算显示，八面体占位比四面体占位更稳定；中子衍射精修进一步直接观测到八面体位置上的氘，从而把“晶格膨胀提示吸氢”推进到“氢位置得到确认”。

图 3  不同高压实验路径所得 Cantor 合金与面心立方氢化物的原子体积关系，黄色区域表示按氢金属比约 1:1 估算的体积范围。图片来源：Glazyrin et al., Nature Communications (2026)，CC BY 4.0。

图 4  高压中子衍射及结构精修确认氘位于面心立方高熵合金的八面体间隙。图片来源：Glazyrin et al., Nature Communications (2026)，CC BY 4.0。

高熵材料与氢相互作用的新窗口

这项工作并不意味着 Cantor 合金已经成为可直接应用的储氢材料，而是建立了一个重要的基础认识：一种在室温高压下高度耐氢的高熵合金，可以通过温度和压力耦合转化为组成明确、结构稳定的高熵氢化物。研究由此拓展了高熵合金的压力—温度—含氢量相空间，也为理解多主元金属中的氢溶解、氢致相变及耐氢边界提供了新样本。

对高压材料研究而言，真正有价值的不只是获得最终样品，更是看见反应在何时发生、晶格如何响应以及不同条件怎样改变产物。沃根瑞特 LPQ6-1500-100 将大样品体积、独立六轴加载与同步辐射原位测量结合，为高熵合金、氢化物、地球深部物质及能源材料的高温高压研究提供了可扩展的实验平台。

论文信息

论文题目：Synthesis of high-entropy hydride from the Cantor alloy (fcc-CoCrFeNiMn) at extreme conditions

中文题目：极端条件下由 Cantor 合金（fcc-CoCrFeNiMn）合成高熵氢化物

期刊：Nature Communications 17, 2622 (2026)

第一作者：Konstantin Glazyrin

共同通讯作者：Konstantin Glazyrin、Kristina Spektor、Kirill V. Yusenko

DOI：10.1038/s41467-026-70483-3

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-70483-3

图片与研究数据来源：Glazyrin, K. et al. Synthesis of high-entropy hydride from the Cantor alloy (fcc-CoCrFeNiMn) at extreme conditions. Nature Communications 17, 2622 (2026). 本文依据原论文内容整理，论文及图片采用 CC BY 4.0 许可；本文对原图进行了文件命名与版面缩放，未改变科研信息。

高压实验设备：德国沃根瑞特（Max Voggenreiter GmbH）LPQ6-1500-100大腔体压机，安装于 DESY PETRA III P61B 线站，命名为Aster-15

支持单位：