氢负离子（氢化物 ion），也称负氢离子，是由一个中性氢原子H和一个电子所组成的松弛体系，即氢原子额外获得一个电子，形成了带负电的离子，以符号H-表示。氢负离子在地球表面常温常压条件下极不稳定。
氢负离子仅存在于固体型盐中，但有的可以熔化，如氢化锂（LiH），熔融态可以导电，H-迁移向阳极，放电后释放出氢气。氢负离子在许多科学过程中扮演重要角色。例如，它活跃于高温化学反应、星际空间演化以及氢能源技术（如储氢、氢负离子电池）等领域。在自然界中，氢负离子通常只能在极端环境中存在，例如恒星大气内部或受控的实验室装置里。
1929年，汉斯・贝特（Hans Bethe）首次从理论上证实了氢负离子的存在。氢负离子很特殊，因为在自由状态下它没有束缚激发态，这一点最终在1977年得到了证实。2025年9月，中国科学院大连化学物理研究所科研团队研发出新型氢负离子原型电池。相关成果于2025年9月17日发表在权威学术期刊《自然》上。
发现历史
氢负离子的存在于1929年首次由汉斯・贝特（Hans Bethe）从理论上证实，他运用Hylleraas变分法证明了H⁻是束缚态的。他估算其基态能量为-1.0506里德伯（Ry）（-0.5253哈特里（Eₕ）），低于氢原子的基态能量（-0.5Eₕ）。氢负离子很特殊，因为在自由状态下它没有束缚激发态，这一点最终在1977年得到了证实。
理化性质
物理性质
氢负离子的分子式为H-，相对分子质量为1.0080克/摩尔，精确质量和单同位素质量均为1.0078250319约翰·道尔顿；金属氢化物以溶液形式运输，可以是液体，也可以是固体。
化学性质
氢负离子的氢键受体数为1，氢键给体数、可旋转键数、重原子数、同位素原子数、手性中心数（包括定义和未定义的原子立体中心、键立体中心）均为0；形式电荷为-1，拓扑极性表面积为0平方埃，复杂度为0，共价键单元数为1，且该化合物已被规范化。
氢负离子在水中或暴露于空气中时会发生剧烈反应，产生易燃烟雾。接触该物质可能会导致皮肤、眼睛和黏膜灼伤，并且可能因吞食、吸入或经皮肤吸收而产生毒性。
应用领域
能源领域
氢负离子电池代表了一种全新的储能技术路径，有望在大规模储能、储氢、移动电源、特种电源等领域发挥重要作用。2025年9月17日，中国科学院大连化学物理研究所陈萍研究员、曹湖军研究员、张炜进副研究员团队，成功构建了首例氢负离子原型电池。相关成果发表在国际学术期刊《自然》上。
氢被认为是未来清洁能源体系的重要组成部分，通常以氢正离子、氢负离子和氢原子三种形式存在。其中，氢负离子电子密度最高，是一种独特且具有巨大潜力的能量载体。与目前广泛使用的锂离子电池类似，氢负离子电池利用离子的移动来存储和释放能量。不同的是，这类电池内部的“搬运工”不再是锂离子，而是氢负离子。然而，由于缺乏能同时满足高离子电导率、低电子电导率、优良热稳定性和电化学稳定性，以及与电极材料良好兼容性的电解质材料，迄今为止，氢负离子电池尚处于原理概念阶段。
2018年该团队启动氢负离子传导研究，并于2023年研制出室温超快氢负离子导体。在此基础上，研究团队以低电子传导且高稳定性的氢化钡薄层包覆稳定性较差的三氢化铈，形成了一种新型核壳结构复合氢化物。该材料在室温下即可展现快速的氢负离子传导特性，同时兼具优异的热稳定性与电化学稳定性，是一种理想的电解质材料。
基于上述新型氢负离子电解质材料，团队组装出了氢负离子原型电池。实验数据显示，该电池正极首次放电容量高达984毫安时/克，且经过20次充放电循环后，仍能保持402毫安时/克的容量。团队进一步搭建了叠层电池，把电压提升到1.9伏，成功点亮了黄色LED灯，证明了氢负离子电池为电子设备供电的可行性。这标志着中国科研人员实现了氢负离子电池从“原理概念”到“实验验证”的跨越。
氢负离子作为潜力突出的氢载体与能量载体，其导体材料是洁净能源领域的前沿方向，当前该领域受限于材料体系少、操作温度高等问题。中国科学院化学物理研究所团队近期取得关键突破，他们通过机械化学方法在氢化镧晶格中引入大量缺陷与晶界，成功开发出首例温和条件下的超快氢负离子导体，相关成果已在国际学术期刊《自然》发表。
这项研究实现了氢负离子在零下40摄氏度至80摄氏度区间的超快传导，相比此前同类材料需300摄氏度左右高温的条件，降低了应用门槛，为氢负离子导体在中低温环境下的规模化应用提供了可能；同时，团队首次完成室温全固态氢负离子电池的放电，这一突破直接推动了室温氢负离子电池的研发进程，为开发更安全、更高效的全固态储能设备奠定了基础。
化学合成领域
氢气还原氧化物是制备活性催化剂和电子器件时常用的方法。科学研究采用基于同步辐射的时间分辨X射线衍射（XRD）、X射线吸收精细结构（NEXAFS/EXAFS）、光电子发射技术以及第一性原理密度泛函（DF）slab计算，对H₂与氧化镍的反应进行了研究。在对NiO（100）晶体和NiO粉末的实验中，在常压和高温（250-350摄氏度）条件下观察到了氧化物的还原，但这一过程仅在诱导期之后发生。原位时间分辨XRD和NEXAFS/EXAFS的结果表明，NiO直接转化为Ni，未出现任何中间相的累积。在诱导期，会产生表面缺陷位点，这些位点为H₂的解离提供了较高的效率。完美的NiO（100）表面——氧化镍最常见的晶面，对H₂几乎没有反应活性。氧空位的存在会增加H₂的吸附能，并显著降低H-H键断裂相关的能垒。同时，吸附的氢可诱导氧空位从氧化物体相迁移至表面。研究发现，NiO晶格中的空位浓度与氧化物的还原速率存在相关性。这些结果阐明了氧空位在氧化物还原机制中所起的复杂作用。通常用于解释还原过程中诱导期存在的动力学模型可能具有一定重要性，但更关键的方面在于初始生成用于H₂快速解离的活性位点。
产生原因
负氢离子是由一个中性氢原子和一个与它连在一起的电子组成的体系，是由于氢原子的电子不能完全屏蔽原子核的电场而造成的。中性氢原子的核外围只有一个电子，这个电子不能完全屏蔽氢原子的电场，任何一个自由电子距离氢原子足够近的时候，就有可能落入核电荷的引力场中，因而它有可能与氢原子结合成为氢离子。此时，这个电子的轨道可能是封闭的，即处于束缚；也有可能是非封闭的，即处于自由态。如同氦离子HeII是类氢离子一样，氢负离子H-是类氦离子。
在恒星大气中，氢原子很多，并且电子密度很大，于是容易产生负氢离子，负氢离子只有一个束缚态，其结合能为0.754eV，因为结合能低，所以负氢离子不能在很高的温度下存在.通常温度比太阳高的恒星大气中，负氢离子就不能存在，但是在与太阳同光谱型（G型），或是比太阳更晚型的K，M光谱型恒星大气中，负氢离子很重要，成为大气连续吸收系数中的主要组成部分之一。
产生条件
譬如在原始的地球上，从火山喷出的岩浆冷却凝结时会产生负氢离子。此时，氢气H2会极化为离子并变成等离子体状态，会发生H20=H++H-的反应，而在炉温恢复到正常的过程中，产生CaH2。如果将这个CaH2放入水中，就会产生Ca2+和2H-，并发生2H-+2H+→2H20↑的反应。
在真空等离子体放电管中会产生H-。
在细胞内产生能量的微小器官—线粒体中，脱氢酶从基质中分解出2H，当呼吸基质发生氧化时，2H会极化为离子，就是2H→H++H-。这种状态说明，脱氧酶能够在极短暂的时间内创造出等离子体状态。其结果，因还原型呼吸基质、2H+NAD+因脱氢酶的作用，发生氧化型呼吸基质+NADH+H+的反应，此时就会产生H-。这些反应都是通过生物体内的脱氨酶作用才能顺利进行。
吸收
恒星大气中负氢离子的数密度在局部热动平衡状态下由萨哈公式确定，在非局部热动平衝状态下则由具有偏离系数的萨哈公式求得，负氢离子吸收在光谱型晚于A0型的恒星中起重要作用，而且光谱型越晚，负氢离子吸收所起的作用越大。太阳是一颗G2V型恒星，因而负氢离子吸收起着主要作用。负氢离子吸收系数是由它的東缚-自由跃迁和自由-自由跃迁所确定的吸收系数相加而得（见恒星大气的吸收和散射）。负氢离子基态的束缚能是0.75电子伏，对应于这一能量的辐射波长是16450埃，这就是负氢离子東缚-自由跃迁所产生的连续吸收带的起始波长。负氢离子東缚-自由跃迁的吸收系数从16450埃起，随着波长的减小而逐渐增大，到8500埃附近达到极大，然后向短波方向再逐渐减小。负气离子的自由-自由跃迁的吸收系数随波长的增长而单调上升。在可见光区和紫外区，负氢离子的東缚-自由吸收大于自由-自由吸收。自由-自由吸收是造成恒星大气在几微米到几百微米波长范围内连续不透明度的主要原因。
氢气和氢负离子的区别
在普通的水和等离子体状态的电离氢水中吹人氢气，并测定pH（氢离子浓度）、0RP（氧化还原电势）和溶存量（气）测量发现在普通的水中（仙台市自来水），吹人氢气的同时，ORP降到500以下，而几个小时后就恢复到了吹入氢气前的状态（+650）。而pH一直维持在7左右，没有变化。如果是在电离氢水中吹人氢气，ORP跟普通水一样，一下子降到负500以下，然后返回到负250左右，但是ORP值会维持负数达24小时以上，pH值维持在11左右。
两种水中氢气的溶存量在几个小时内都是零。但是电离氢水经过85小时以上还会释放出氢气。这是电离氢水中溶有气的证据。普通的水不会释放出氢气，这个实验累计观察时间为250个小时。这个实验意味着，普通状态的水和等离子体状态的电离氢水它们的物性是完全不同的。假设氢气对人体非常有益那么即使好不容易把氢气吹人水中，但氢根本不能溶存，喝了这种水也毫无意义。如果不把水变成等离子体状态，氢就无法保持溶存状态。
参考资料 >
负氢离子吸收.中国大百科全书.2025-10-09
A room temperature rechargeable all-solid-state hydride ion battery.nature.2025-10-20
氢离子.中国大百科全书.2025-10-09
pubchem.Hydride.2025-10-21
化学和物理性质.pubchem.2025-10-21
化学元素周期表口诀.lnc.2025-10-21
CAS Common Chemistry.commonchemistry.2025-10-21
DICP科普一下∣ 氢负离子.中国科学院大连化学物理研究所.2025-10-09
自然之力 孕育水素 麦考林与爱同行.中国日报.2025-10-20
Berechnung der Elektronenaffinität des Wasserstoffs.springer.2025-10-21
Proof that the H- Ion Has Only One Bound State.harvard.2025-10-21
我国科研团队研发出新型氢负离子原型电池.新华网.2025-10-21
Hydride.pubchem.2025-10-21
【解放日报】中国科学家研发首例氢负离子原型电池，实现“原理概念”到“实验验证”跨越.中国科学院.2025-10-10
我国科学家开发首例温和条件下超快氢负离子导体.新华网.2025-10-21
Experimental and theoretical studies on the reaction of H(2) with NiO: role of O vacancies and mechanism for oxide reduction.National Library of Medicine.2025-10-21