一、研究背景：

人類社（shè）會對煤炭（tàn）、石油、天然氣等傳統能源（yuán）的需求量與日俱增。傳統能源消耗帶來的空（kōng）氣汙染和溫（wēn）室（shì）效應，正（zhèng）在推動我們（men）優（yōu）化能源管理（lǐ）。電轉（zhuǎn）氣技（jì）術被（bèi）認為是一種有效的能源管理策略，將多餘（yú）的電（diàn）能通過水（shuǐ）的（de）電解轉化為具有高能量密度的綠（lǜ）色能源――氫氣。然而，目前水（shuǐ）電（diàn）解電（diàn）極材料十分昂貴，且（qiě）效率低、不穩定，隻有（yǒu）4%的氫是通過電解水（shuǐ）產生的。因（yīn）此，如何降低電（diàn）解水生氫的成本是世界範圍（wéi）內的新興課題。

二、研究工作簡單介紹（shào）

近日， 澳門大學潘（pān）暉教授（shòu），王雙鵬教授，聯（lián）合中（zhōng）南大學李瑞（ruì）迪教授（shòu），福州大學湯育欣教授等人（rén）采用簡單（dān）、快速的陽極氧化方法處（chù）理（lǐ）3D 打印的Aermet 100 馬氏體鋼，製（zhì）備了（le）可以在大電流下穩定工作的高效堿性（xìng）電解水雙功能催化劑，為提高工業綠色製氫提供了新思路。

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

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（zhě）。澳門大學潘暉教授、王雙鵬教授，中南大學李（lǐ）瑞迪教授和福州大學（xué）湯育欣（xīn）教授為共同通訊作者。

三（sān）、核（hé）心內容表述部分

3.1 基礎性知識（shí）介紹

為了提高綠氫的市（shì）場占有率，研發高效、低價、穩定（dìng）性好、可以大批量生產的電解水催化劑（jì）尤為重要。Aermet 100 馬氏體鋼（gāng），含有具有高效催化性能的Fe, Co, Ni等元素，且耐（nài）腐蝕性較差，進行表麵處理後，可快速提高其催化活性（xìng），且該鋼價格（gé）低廉、可以大（dà）批量和大麵積製備，有利降低工業成本。因此，本（běn）工作中采用3D打印製備的大尺寸Aermet 100 馬氏體鋼，發現經過在3.5%wt 的NaCl溶液中進行（háng）快（kuài）速的陽極氧化處理，可以（yǐ）顯著提高（gāo）其在大電流密度下的HER和OER性能和穩定性。最終實現在 3.18 V 過電勢條件下就能實現 570 mA cm-2 的全解水電流密度和超過 140 小時內（nèi）的穩（wěn）定性，並（bìng）且大（dà）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（gōng）作（zuò）。

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麽問題？

通過在（zài）3.5%wt 的（de）NaCl溶液中快速陽（yáng）極氧化（3min）處理其表麵提（tí）高其催化活性。通過XRD，SEM，TEM， Raman 和XPS 等技術表征探（tàn）討陽極氧化的過程。結果（guǒ）表明陽（yáng）極氧化處理可以脫去Aermet 100 馬氏體鋼的表（biǎo）麵的α’ 相，並在其表麵（miàn）形成由多（duō）金屬氧化物和羥基氧化物組成的催化活性層。原位（wèi）拉曼表征揭示了其在堿性電解水（shuǐ）過程中的（de）機理，多金屬氧化物（wù）/羥基氧化物的協同（tóng）作用，使其在大電（diàn）流密度下具（jù）有顯著的堿性電解水性能（優異的HER， OER 和全解水性能）。

3.3 最（zuì）終核（hé）心結（jié）論（lùn）

我們提出陽（yáng）極氧化的 3D 打印 AerMet100 馬氏體鋼可以作為一種高效（xiào）的雙功（gōng）能電催化劑。其製備成本低、可批量化生產且能在大（dà）電（diàn）流下保持穩定、高（gāo）效的工（gōng）作，適應於工（gōng）業生產中對水電解電極的要求。 通過簡單快速的陽極氧化，鋼基催化劑表現出優異的雙功能催化性能（néng），在 OER、HER 和整體（tǐ）水分解中均表現出低過電勢、高電流密度以（yǐ）及在高電流密（mì）度下的超長穩定性。

重要的是，陽極氧化鋼可（kě）以在高達 20 A 的高電流下工作。我們認為，其優異性能來自於：（1）具有孔和層狀結構的無（wú）粘合劑自（zì）支撐結構。(2)多組分羥基氧化物，以鋼表麵的氧（yǎng）化物為活性層。(3) 金屬的多價態。(4) 豐富的界麵、O空位和（hé）缺陷。

我（wǒ）們的研究表明，通過修飾由有缺陷的多（duō）種金屬氧化物/氫氧化物組成的表（biǎo）麵活（huó）性（xìng）層，是一種實現高（gāo）效（xiào）鋼基電催化（huà）劑的有效策略，而基於此（cǐ）法實現的陽極氧（yǎng）化鋼在綠色製氫工業中具有巨大的實用化潛力。