传统蒸气压缩制冷驱动压力通常低于10 MPa，但存在环境不友好等主要不足。绿色环保的固态压卡制冷有望替代蒸气压缩制冷，但现有材料通常需要较高压力才能获得显著且可逆的制冷效应，低压驱动下的性能仍受到相变热滞后和压力敏感性不足的限制。Spin Crossover(SCO)材料作为压卡效应候选材料受到广泛关注，其中心过渡金属离子可在低自旋态(LS)与高自旋态(HS)之间发生可逆SCO转变，伴随自旋熵变与结构变化产生热效应。其自旋态对配位环境敏感，为探索低压驱动的巨压卡效应提供了条件。

　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心磁学国家重点实验室M03组博士生阚岳、严思伟在胡凤霞研究员、王晶副研究员和沈保根院士共同指导下，联合山东理工大学张道鹏教授及博士生孟硕、香港城市大学任洋教授、上海同步辐射光源赵子龙研究员、物理所靳常青研究员、西班牙塞维利亚大学Victorino Franco教授、德国达姆施塔特工业大学Oliver Gutfleisch教授等合作者，在固态SCO配合物Fe(PC4HH)₂中发现了超低压力驱动的巨压卡效应，其在7.5 MPa下获得了高达125 J·kg⁻¹·K⁻¹的可逆等温熵变、在30MPa下获得30 K的可逆绝热温变，超过了目前已知所有压卡材料在对应小压力驱动下的压热值。

　　Fe(PC4HH)₂ (图a)在290 K附近发生LS-1到HS的可逆SCO转变。压力下量热结果显示Fe(PC4HH)₂响应区别于一般压卡材料：低压区相变温度的压力敏感度达5.56 K·MPa⁻¹，远高于通过相变体积计算的0.22 K·MPa⁻¹，且随压力增大而降低(图b插图)；相变熵变则随压力增大而升高，由常压下87 J·kg⁻¹·K⁻¹增至7.5MPa下的125 J·kg⁻¹·K⁻¹并趋于饱和(图b)。传统高压表征无法解释上述低压异常。为此，团队自主搭建了国内首例、国际第二例利用气体作为传压介质的低压变温原位测量装置(图d)，同步辐射XRD实验在5.83-8.79MPa压力区间直接观察到压力诱导的HS/LS-1相变 (图e)及晶胞体积随压力的反常热膨胀(图f)。结合结构分析和第一性原理计算表明(图f插图)，作为压力传递介质的气体分子不仅传递压力，还进入了晶格引发体积膨胀，并对LS-1和HS相表现出不同的吸附性，在相同的压强下LS-1比HS相吸附更多气体分子。分析表明，气体吸附能够稳定LS-1相，使相变温度快速升高，伴随SCO相变的吸附/脱附提供额外熵变；吸附趋于饱和后，气体吸附稳定作用减弱，压力敏感度逐渐降低，气体额外吸附/脱附熵变趋于饱和。气体吸附/脱附行为与SCO相变的共同作用，解释了超低压力驱动巨压卡效应的来源。本工作基于气体分子吸附这一独特机制，突破了传统压热体系中大熵变与小滞后/高压力敏感度之间的固有制约关系，为探索面向实际应用的新型固态压热材料提供了新思路。

　　相关成果以“Colossal and fully reversible barocaloric effect for sustainable cooling in a pressure-sensitive spin-crossover complex”为题发表于《Nature Communications》。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目资助，并得到综合极端条件实验装置(SECUF)及上海同步辐射光源(SSRF)的BL12SW线站支持。

　　文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-77679-7

图：(a)固态Fe(PC4HH)₂的分子结构和形貌；(b) 相变熵变与相变温度（插图）随压力的变化；(c) 可逆压卡熵变随压力的关系；(d) 气体传压低压原位装置与同步辐射XRD实验现场；(e) 300 K下从0 MPa加压到20 MPa过程中采集的原位变压XRD图谱。(f) 气体介质中晶胞体积随压力的变化，插图为N₂进入LS-1晶格计算的能量。