氙氣做為惰性氣體家族中的一員，在工業(yè)上廣泛應(yīng)用于電子、電光源等設(shè)備，比如汽車上常用的氙氣大燈。但是自然界的氙氣在大氣層中幾乎絕跡，與氬氣和氪氣等其它惰性氣體相比，大氣層中90%以上的氙氣都不知所蹤，這在科學(xué)上被稱為“氙氣的消失之謎”。更多信息請點擊：，或者撥打我們的熱線電話：400-6277-838

       氙氣究竟去哪了？尋找氙氣的藏身之所，一直是科學(xué)界具有挑戰(zhàn)性的課題之一。大多數(shù)科學(xué)家認(rèn)為氙氣應(yīng)該隱藏在地球內(nèi)部，比如氙氣可能隱藏于地幔、地核等等。但是到目前為止，沒有發(fā)現(xiàn)確切的證據(jù)支持氙氣可以穩(wěn)定存在于地球內(nèi)部。

      吉林大學(xué)的朱黎博士，劉寒雨博士，鄒廣田教授，和馬琰銘教授與英國倫敦大學(xué)的Pickard教授合作，在“氙氣的消失之謎”的研究上取得了突破性進展，發(fā)現(xiàn)地核可能是氙氣的理想藏身之所。這一成果發(fā)表在2014年4月20日出版的《自然—化學(xué)》（Nature Chemistry） 期刊上。

       氙氣是否會儲存在占據(jù)地球總質(zhì)量三分之一的地核內(nèi)部一直備受關(guān)注。由于地核的主要組成成分是鐵和鎳，如果氙氣儲存于地核中，就必須與鐵或者鎳在地核的壓強和溫度環(huán)境下（即360萬大氣壓和6000 K）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物。

       1997年《科學(xué)》期刊[Science 277, 930 (1997)]發(fā)表了理論和實驗合作論文，否定了氙氣和鐵發(fā)生反應(yīng)的可能性。研究工作發(fā)表后的17年間，學(xué)界據(jù)此公認(rèn)氙氣不可能儲存在地核內(nèi)部。

        然而，《科學(xué)》文章的結(jié)論是建立在人為假定的鐵-氙化合物的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，若假定的結(jié)構(gòu)是錯誤的，氙氣和鐵不反應(yīng)的結(jié)論就會被推翻。

        馬琰銘課題組自主發(fā)展了基于群智理論的CALYPSO結(jié)構(gòu)預(yù)測方法和軟件包（詳見http://www.calypso.cn），此方法不依賴于已知結(jié)構(gòu)信息，不需要人為假定就可以開展材料結(jié)構(gòu)的智能搜索。

       利用CALYPSO方法，研究團隊提出了全新的鐵-氙化合物的結(jié)構(gòu)形式（例如，三鐵化氙XeFe3，圖1），構(gòu)筑了鐵-氙化合物的高溫-高壓相圖（圖2），首次給出了氙氣和鐵在地核環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的證據(jù)，提出了氙氣被捕捉在地核內(nèi)部的可能性。

       常壓條件下，氙氣是典型的惰性氣體，難以和其它元素反應(yīng)形成化合物，而鐵容易氧化失去電子，一般是帶正電的還原劑。另人意想不到的是，高壓下氙氣不僅和鐵發(fā)生了反應(yīng)，而且電子從氙原子轉(zhuǎn)移到了鐵原子上，從而使鐵成為了罕見的帶負(fù)電的氧化劑。這種高壓下非常規(guī)的電子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，誘導(dǎo)了氙氣與鐵之間的化學(xué)反應(yīng)。

       研究工作發(fā)表后被《科學(xué)》雜志選為2014年4月25日發(fā)表的Editor’s choice （見Science 344， 340（2014）），被Chemistry World, Materials360, USA today, New Scientist, HUFF POST Science等國外多家科學(xué)媒體進行亮點報道。

       研究工作得到了科技部973項目，國家自然科學(xué)基金委杰出青年基金、面上和重點基金的支持。