在 350°C 的“低溫”下，原本應(yīng)該早已凍成硬塊的金屬鉑，竟然像水滴一樣在石墨烯上肆意流動——這比它的常規(guī)結(jié)晶溫度整整低了 1000 多度！

這一足以改寫物理教科書的發(fā)現(xiàn)，可能徹底顛覆我們對燃料電池催化劑和能源材料設(shè)計的認知。該研究由英國諾丁漢大學(xué)和德國烏爾姆大學(xué)的聯(lián)合團隊完成，由 Andrei N. Khlobystov 教授和 Ute Kaiser 教授共同領(lǐng)導(dǎo)，2025 年 12 月9日發(fā)表在納米科學(xué)領(lǐng)域的頂尖期刊《ACS Nano》上。

01、消失的原子：它們在玩“躲貓貓”？

在我們的常識里，物質(zhì)的界限是清晰的：固體原子像閱兵方陣一樣原地立正，液體原子則像舞池里的狂歡者，片刻不停地四處穿梭。

但當(dāng)科學(xué)家們把鉑（Pt）、鈀（Pd）和黃金（Au）的納米顆粒放在最先進的透射電子顯微鏡下，并加熱到 800°C 時，詭異的事情發(fā)生了。

隨著金屬融化，顯微鏡鏡頭里原本清晰的金屬晶格變得模糊，仿佛一層半透明的薄霧，這說明原子動得太快，連相機都捕捉不到。然而，在這片“原子迷霧”中，竟然有幾個孤零零的原子像釘子一樣扎在原地，紋絲不動。

液體里居然有不動的原子？這就像在一群百米沖刺的運動員中間，突然發(fā)現(xiàn)幾個人在原地打坐。

02、原子“圍欄”：金屬液滴的囚籠

經(jīng)過層層剖析，科學(xué)家終于揭開了這些“釘子原子”的身份：它們是被石墨烯載體上的缺陷給“抓”住了。

更有趣的現(xiàn)象出現(xiàn)了。研究人員發(fā)現(xiàn)，電子束不僅是他們的“眼睛”，還能充當(dāng)“上帝之手”。通過精確調(diào)整電子束的能量，他們可以在石墨烯上人為制造出更多缺陷，從而精準(zhǔn)地誘導(dǎo)更多的金屬原子“原地坐下”。

當(dāng)這些靜止原子在液滴邊緣排成一圈時，一個奇跡般的“原子圍欄”誕生了。這個圍欄就像一道無形的枷鎖，硬生生地鎖住了液滴的形狀，讓原本想四處逃逸的原子只能在狹小的圈子里打轉(zhuǎn)。

03、跨越 1000 度的“長壽”液體

接下來的實驗過程簡直讓研究者們屏住了呼吸。

他們開始給系統(tǒng)降溫。按照一般規(guī)律，當(dāng)溫度降到 500°C 左右時，鉑納米顆粒就會結(jié)晶變成固體。然而，那些被“原子圍欄”圈住的液滴，卻展現(xiàn)出了極其頑強的生命力。

它們跨過了結(jié)晶點，跨過了 400°C，直到降到 200°C-350°C 左右，這些液滴依然保持著液態(tài)的特征，拒絕變硬。這種狀態(tài)被稱為“超冷液體”，但在這種極端溫差下的穩(wěn)定存在，此前從未在純金屬中被如此清晰地觀察到。

這就好比你在零下 50 度的極寒天里，發(fā)現(xiàn)一杯水竟然還沒結(jié)冰，甚至還能倒出來喝。

04、終極變身：既非固態(tài)，也非液態(tài)

難道這種金屬液滴會永遠年輕嗎？不，自然的法則是殘酷的。

當(dāng)溫度進一步降低，或者人為打破“圍欄”時，這些超冷液體會迎來一次華麗的變身。它們沒有慢慢變成普通的晶體，而是突然坍塌成一種“非晶固體”。這種物質(zhì)形態(tài)就像是時間被凍結(jié)的液體，原子位置雖然固定了，但排列卻依然混亂無序。

科學(xué)家們感嘆，這可能是一種全新的“混合物質(zhì)形態(tài)”，它打破了我們對固液界限的傳統(tǒng)認知，讓液體的靈動與固體的穩(wěn)健在同一個原子尺度內(nèi)達成了某種詭異的平衡。

05、為什么只有“鉑”是天選之子？

在探索過程中，黃金和鈀也曾加入實驗，但表現(xiàn)卻大相徑庭。黃金原子的性格太“冷淡”，與石墨烯載體的結(jié)合力不夠強，無法被有效地“圈禁”；而鈀原子又太“活潑”，質(zhì)量輕、能量大，動不動就沖破圍欄開始結(jié)晶。

唯有鉑金（Pt），在能量與束縛之間找到了那個近乎完美的平衡點，成為了科學(xué)家手中最聽話的“實驗?zāi)Ｌ亍薄?/p>

這一發(fā)現(xiàn)的重大意義在于，它為我們揭示了在原子尺度上，通過改變局部環(huán)境（如石墨烯缺陷），竟然可以如此劇烈地操控物質(zhì)的狀態(tài)。未來，你的氫能源車催化劑效率能提升多少，或許就取決于我們能否精準(zhǔn)地在原子級別上“圈養(yǎng)”這些金屬原子。

參考文獻：

Leist, C., et al. "Stationary Atoms in Liquid Metals and Their Role in Solidification Mechanisms."ACS Nano2025, 19, 42002-42012.