三铁化氙的晶体结构示意图

铁-氙化合物的高温-高压相图

继4月16日万博体育手机版客户端超硬材料国家重点实验室马琰铭研究组在《自然—通讯》期刊上发表“表面重构的模拟新方法与金刚石表面的自组装碳纳米管阵列”后，4月20日，该研究组的“高压下氙和铁的化学反应”研究成果又在《自然—化学》期刊上发表。该成果发表后被《科学》杂志选为2014年4月25日发表的Editor’s choice，并陆续被Chemistry World,Materials360,New Scientist,HUFF POST Science,Live Science,USAToday等国外多家科学媒体进行亮点报道。

自然界的氙气在大气层中几乎绝迹，与氩气和氪气等其它惰性气体相比，大气层中90%以上的氙气都不知所踪，氙气究竟去哪了？寻找氙气的藏身之所，一直是科学界具有挑战性的课题之一。大多数科学家认为氙气应该隐藏在地球内部，比如地幔、地核等等。但是到目前为止，没有发现确切的证据支持氙气可以稳定存在于地球内部。

日前，万博体育手机版客户端朱黎博士、刘寒雨博士、邹广田教授和马琰铭教授与英国伦敦大学的Pickard教授合作，在“氙气的消失之谜”的研究上取得了突破性进展，发现地核可能是氙气的理想藏身之所。

由于地核的主要组成成分是铁和镍，如果氙气储存于地核中，就必须与铁或者镍在地核的压强和温度环境下（即360万大气压和6000 K）发生化学反应，形成稳定的化合物。1997年《科学》期刊[Science 277, 930 (1997)]发表了理论和实验合作论文，否定了氙气和铁发生反应的可能性。研究工作发表后的17年间，学界据此公认氙气不可能储存在地核内部。

马琰铭课题组自主发展了基于群智理论的CALYPSO结构预测方法和软件包（详见http://www.calypso.cn），此方法不依赖于已知结构信息，不需要人为假定就可以开展材料结构的智能搜索。利用CALYPSO方法，研究团队提出了全新的铁-氙化合物的结构形式（例如，三铁化氙XeFe3，图1），构筑了铁-氙化合物的高温-高压相图（图2），首次给出了氙气和铁在地核环境下发生化学反应的证据，提出了氙气被捕捉在地核内部的可能性。

研究工作得到了科技部973项目，国家自然科学基金委杰出青年基金、面上和重点基金的支持。

（消息来源：超硬材料国家重点实验室）