一、研究背景：

人类社会对煤炭、石油、天然气等传统能源的需求量与日俱增。传统能源消耗带来的空气污染和温室效应，正在推动我们优化能源管理。电转气技术被认为是一种有效的能源管理策略，将多余的电能通过水的电解转化为具有高能量密度的绿色能源――氢气。然而，目前水电解电极材料十分昂贵，且效率低、不稳定，只有4%的氢是通过电解水产生的。因此，如何降低电解水生氢的成本是世界范围内的新兴课题。

二、研究工作简单介绍

近日， 澳门大学潘晖教授，王双鹏教授，联合中南大学李瑞迪教授，福州大学汤育欣教授等人采用简单、快速的阳极氧化方法处理3D 打印的Aermet 100 马氏体钢，制备了可以在大电流下稳定工作的高效碱性电解水双功能催化剂，为提高工业绿色制氢提供了新思路。

仅通过3分钟阳极氧化处理，形成的钢基催化剂具有低过电位、高的电流密度及高电流密度下高稳定性等特点。在 3.18 V 的过电势下即可实现 570 mA cm-2 的全解水电流密度，且稳定性超过 140 小时。进一步研究表明，相同方法得到的大尺寸的钢可以在高达 20 A 的电流下正常工作，因而极具工业应用价值。

该文章发表在国际期刊Advanced Functional Materials上。澳门大学博士研究生周鹏飞、中南大学博士研究生牛朋达和上海光源刘吉山博士为本文第一作者。澳门大学潘晖教授、王双鹏教授，中南大学李瑞迪教授和福州大学汤育欣教授为共同通讯作者。

三、核心内容表述部分

3.1 基础性知识介绍

为了提高绿氢的市场占有率，研发高效、低价、稳定性好、可以大批量生产的电解水催化剂尤为重要。Aermet 100 马氏体钢，含有具有高效催化性能的Fe, Co, Ni等元素，且耐腐蚀性较差，进行表面处理后，可快速提高其催化活性，且该钢价格低廉、可以大批量和大面积制备，有利降低工业成本。因此，本工作中采用3D打印制备的大尺寸Aermet 100 马氏体钢，发现经过在3.5%wt 的NaCl溶液中进行快速的阳极氧化处理，可以显著提高其在大电流密度下的HER和OER性能和稳定性。最终实现在 3.18 V 过电势条件下就能实现 570 mA cm-2 的全解水电流密度和超过 140 小时内的稳定性，并且大尺寸的钢（90 mm × 90 mm × 3.5 mm）可以在高达 20 A 的电流下正常工作。

3.2 您是如何展开研究，达到实验目的的？每一项表征的目的是要说明什么问题？

通过在3.5%wt 的NaCl溶液中快速阳极氧化（3min）处理其表面提高其催化活性。通过XRD，SEM，TEM， Raman 和XPS 等技术表征探讨阳极氧化的过程。结果表明阳极氧化处理可以脱去Aermet 100 马氏体钢的表面的α’ 相，并在其表面形成由多金属氧化物和羟基氧化物组成的催化活性层。原位拉曼表征揭示了其在碱性电解水过程中的机理，多金属氧化物/羟基氧化物的协同作用，使其在大电流密度下具有显著的碱性电解水性能（优异的HER， OER 和全解水性能）。

3.3 最终核心结论

我们提出阳极氧化的 3D 打印 AerMet100 马氏体钢可以作为一种高效的双功能电催化剂。其制备成本低、可批量化生产且能在大电流下保持稳定、高效的工作，适应于工业生产中对水电解电极的要求。 通过简单快速的阳极氧化，钢基催化剂表现出优异的双功能催化性能，在 OER、HER 和整体水分解中均表现出低过电势、高电流密度以及在高电流密度下的超长稳定性。

重要的是，阳极氧化钢可以在高达 20 A 的高电流下工作。我们认为，其优异性能来自于：（1）具有孔和层状结构的无粘合剂自支撑结构。(2)多组分羟基氧化物，以钢表面的氧化物为活性层。(3) 金属的多价态。(4) 丰富的界面、O空位和缺陷。

我们的研究表明，通过修饰由有缺陷的多种金属氧化物/氢氧化物组成的表面活性层，是一种实现高效钢基电催化剂的有效策略，而基于此法实现的阳极氧化钢在绿色制氢工业中具有巨大的实用化潜力。