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一、研究背景：

人類社會對煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)能源的需求量與日俱增。傳統(tǒng)能源消耗帶來的空氣污染和溫室效應，正在推動我們優(yōu)化能源管理。電轉氣技術被認為是一種有效的能源管理策略，將多余的電能通過水的電解轉化為具有高能量密度的綠色能源――氫氣。然而，目前水電解電極材料十分昂貴，且效率低、不穩(wěn)定，只有4%的氫是通過電解水產生的。因此，如何降低電解水生氫的成本是世界范圍內的新興課題。

二、研究工作簡單介紹

近日， 澳門大學潘暉教授，王雙鵬教授，聯(lián)合中南大學李瑞迪教授，福州大學湯育欣教授等人采用簡單、快速的陽極氧化方法處理3D 打印的Aermet 100 馬氏體鋼，制備了可以在大電流下穩(wěn)定工作的高效堿性電解水雙功能催化劑，為提高工業(yè)綠色制氫提供了新思路。

僅通過3分鐘陽極氧化處理，形成的鋼基催化劑具有低過電位、高的電流密度及高電流密度下高穩(wěn)定性等特點。在 3.18 V 的過電勢下即可實現(xiàn) 570 mA cm-2 的全解水電流密度，且穩(wěn)定性超過 140 小時。進一步研究表明，相同方法得到的大尺寸的鋼可以在高達 20 A 的電流下正常工作，因而極具工業(yè)應用價值。

該文章發(fā)表在國際期刊Advanced Functional Materials上。澳門大學博士研究生周鵬飛、中南大學博士研究生牛朋達和上海光源劉吉山博士為本文第一作者。澳門大學潘暉教授、王雙鵬教授，中南大學李瑞迪教授和福州大學湯育欣教授為共同通訊作者。

三、核心內容表述部分

3.1 基礎性知識介紹

為了提高綠氫的市場占有率，研發(fā)高效、低價、穩(wěn)定性好、可以大批量生產的電解水催化劑尤為重要。Aermet 100 馬氏體鋼，含有具有高效催化性能的Fe, Co, Ni等元素，且耐腐蝕性較差，進行表面處理后，可快速提高其催化活性，且該鋼價格低廉、可以大批量和大面積制備，有利降低工業(yè)成本。因此，本工作中采用3D打印制備的大尺寸Aermet 100 馬氏體鋼，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過在3.5%wt 的NaCl溶液中進行快速的陽極氧化處理，可以顯著提高其在大電流密度下的HER和OER性能和穩(wěn)定性。最終實現(xiàn)在 3.18 V 過電勢條件下就能實現(xiàn) 570 mA cm-2 的全解水電流密度和超過 140 小時內的穩(wěn)定性，并且大尺寸的鋼（90 mm × 90 mm × 3.5 mm）可以在高達 20 A 的電流下正常工作。

3.2 您是如何展開研究，達到實驗目的的？每一項表征的目的是要說明什么問題？

通過在3.5%wt 的NaCl溶液中快速陽極氧化（3min）處理其表面提高其催化活性。通過XRD，SEM，TEM， Raman 和XPS 等技術表征探討陽極氧化的過程。結果表明陽極氧化處理可以脫去Aermet 100 馬氏體鋼的表面的α’ 相，并在其表面形成由多金屬氧化物和羥基氧化物組成的催化活性層。原位拉曼表征揭示了其在堿性電解水過程中的機理，多金屬氧化物/羥基氧化物的協(xié)同作用，使其在大電流密度下具有顯著的堿性電解水性能（優(yōu)異的HER， OER 和全解水性能）。

3.3 最終核心結論

我們提出陽極氧化的 3D 打印 AerMet100 馬氏體鋼可以作為一種高效的雙功能電催化劑。其制備成本低、可批量化生產且能在大電流下保持穩(wěn)定、高效的工作，適應于工業(yè)生產中對水電解電極的要求。 通過簡單快速的陽極氧化，鋼基催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的雙功能催化性能，在 OER、HER 和整體水分解中均表現(xiàn)出低過電勢、高電流密度以及在高電流密度下的超長穩(wěn)定性。

重要的是，陽極氧化鋼可以在高達 20 A 的高電流下工作。我們認為，其優(yōu)異性能來自于：（1）具有孔和層狀結構的無粘合劑自支撐結構。(2)多組分羥基氧化物，以鋼表面的氧化物為活性層。(3) 金屬的多價態(tài)。(4) 豐富的界面、O空位和缺陷。

我們的研究表明，通過修飾由有缺陷的多種金屬氧化物/氫氧化物組成的表面活性層，是一種實現(xiàn)高效鋼基電催化劑的有效策略，而基于此法實現(xiàn)的陽極氧化鋼在綠色制氫工業(yè)中具有巨大的實用化潛力。