氢能储运中诱发金属断裂的氢脆、决定固态储氢材料的相变行为、核能领域锆合金中氢化物的析出、氢同位素效应等，其物理本质均归结为氢在金属中的占位与反应。揭示氢与临氢金属材料的交互作用规律，是攻克未来氢能与核能关键技术挑战的科学命题。氢在金属晶体材料中主要以间隙固溶、氢化物及缺陷氢陷阱三种状态存在，其中氢化物及氢陷阱已获得相对广泛的研究。但金属内部晶格中的间隙固溶氢，由于其固溶度极低、扩散速率极高，直接观测它成为更严峻的科学挑战。

针对直接观测金属晶格固溶氢的难题，研究团队利用面心立方（FCC）合金晶格本征的高氢溶解度、低氢扩散速率这一天然优势，将其作为锁定固溶氢的屏障，并联合引入氘（氢同位素）示踪技术与冷冻三维原子探针技术（cryo-APT），在多主元合金中实现了间隙固溶氢的直接观察解析。

通过对含有不同相结构多主元合金进行充氘后冷冻APT表征，研究团队绘制出金属晶格中间隙氢微观空间选择性分布的可视化图谱：在单相CoCrNiFeMn（Cantor）合金中，cryo-APT实现了整体氢固溶浓度达1.3at.%的定量捕捉。三维原子结构重构图谱结果表明，氘呈现出与FCC基体合金元素完全随机固溶的分布特征，在原子尺度直观印证了间隙固溶理论。在双相(CoCrNi)94Al3Ti3合金及多相双析出镍基合金中，氘表现出强烈的相选择性，其高度富集并固溶于基体内部析出的共格L12Ni3(Al,Ti)纳米析出相中，但在D022Ni3Nb共格纳米析出相中则呈现出显著的贫化分布。通过构建多表征证据链，表明探测到的氘原子在L12相中占据主导的是晶格间隙位点。

实验观测到的一系列固溶氢分布规律，表明金属中间隙固溶氢的分布在材料内部具有明显选择性，这主要是由化学亲和力与晶体结构本征属性所决定。

该成果回答了多相合金中氢分配行为这一基础科学问题，为破解一系列关键工程应用瓶颈注入了理论源泉，为未来临氢/涉氢关键金属材料的设计范式革新提供了新思路。在氢能储运领域，指明了协同多相合金氢固溶能力设计抗氢脆创新路径；在固态储氢材料优化领域，为按需构筑高储氢容量合金提供了新的设计路线；在核能领域，为利用固溶氢的相选择性抑制核裂变堆包壳氢化物析出、调控核聚变堆氢同位素滞留效应创造了可能性。在双碳背景下，这一微观本质的厘清，为面向未来氢能与核能应用的高性能金属材料设计提供了科学判据。