香港大学机械工程系黄明新教授领导的一项研究项目，在传统不锈钢和氢用不锈钢(SS-H2)的发展方面取得了突破。
这是黄教授团队继2021年研制出抗新冠肺炎不锈钢、2017年研制出超强韧超级钢和2020年研制出超韧超级钢之后，在“超级钢”项目中取得的又一重大成果。
该团队开发的新型钢材具有很高的耐腐蚀性，使其在海水绿色制氢方面具有潜在的应用潜力，一种新的可持续解决方案仍在酝酿中。
新钢在盐水电解槽中的性能与目前工业实践中使用钛作为结构部件从脱盐的海水或酸中生产氢气相当，而新钢的成本要便宜得多。
这一发现发表在《今日材料》杂志上，题为“设计水氧化以上不锈钢的顺序双钝化策略”。研究成果目前正在多个国家申请专利，其中两项已经获得授权。
自一个世纪前被发现以来，不锈钢一直是腐蚀环境中广泛使用的重要材料。铬是建立不锈钢耐腐蚀性的基本元素。钝化膜是通过铬(Cr)氧化产生的，在自然环境中保护不锈钢。不幸的是，这种传统的基于Cr的单一钝化机制阻碍了不锈钢的进一步发展。
由于稳定的Cr2O3进一步氧化为可溶的Cr(VI)，在~1000 mV(饱和甘汞电极，SCE)下，常规不锈钢不可避免地发生了透射腐蚀，这低于~1600 mV水氧化所需的电位。
例如，254SMO超级不锈钢是铬基防腐合金的基准，在海水中具有优异的抗点蚀性能;然而，透射腐蚀限制了它在高电位下的应用。
通过“顺序双钝化”策略，黄教授的研究团队开发了具有优异耐腐蚀性的新型SS-H2。在~720 mV下，除形成单一的cr2o3基无源层外，在原cr基无源层上形成二次的mn基无源层。顺序双钝化机制防止SS-H2在氯化物介质中腐蚀至1700 mV的超高电位。SS-H2展示了对传统不锈钢的根本性突破。
“最初，我们不相信这一点，因为普遍的观点是Mn会损害不锈钢的耐腐蚀性。锰基钝化是一个反直觉的发现，不能用现有的腐蚀科学知识来解释。然而，当大量的原子水平的结果出现时，我们被说服了。除了惊讶之外，我们迫不及待地想要利用这种机制，”这篇文章的第一作者余开平博士说。他的博士学位由黄教授指导。
从最初发现创新不锈钢到在科学认识上取得突破，最终准备正式发表并有望实现工业应用，该团队投入了近六年的工作。
“与目前腐蚀界主要关注自然电位下的耐蚀性不同，我们专注于开发高电位耐蚀合金。我们的策略克服了传统不锈钢的基本限制，并建立了适用于高潜力合金开发的范例。这一突破令人兴奋，并带来了新的应用。”黄教授说。
目前，对于脱盐海水或酸性溶液中的水电解槽，结构部件需要昂贵的Au或pt涂层Ti。例如，目前阶段一个10兆瓦PEM电解罐系统的总成本约为1780万港元，其中结构部件占总费用的53%。
黄教授团队的突破使得用更经济的钢材取代这些昂贵的结构部件成为可能。据估计，使用SS-H2有望使结构材料成本降低约40倍，具有很大的工业应用前景。
“从实验材料到实际产品，如网格和泡沫，用于水电解槽，手头仍然有挑战性的任务。目前，我们向工业化迈进了一大步。与内地一家工厂合作，生产了数吨的ss - h2基电线。我们正在将更经济的SS-H2应用于可再生能源制氢，”黄教授补充说。
更多信息:余开平等，水氧化以上不锈钢的顺序双钝化设计策略，《今日材料》(2023)。DOI: 10.1016/j.m attd .2023.07.022期刊信息:Materials Today
由香港大学提供 引用工程团队开发用于制氢的新型超不锈钢(2023年，11月17日) 作品受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。的有限公司 内容仅供参考之用。
