香港大學（港大）機械工程系黃明欣教授領導的「超級鋼」研發專案取得重大突破，團隊研發「製氫用不銹鋼」嶄新超級鋼材，其耐鹽水腐蝕和製氫表現，遠優於任何傳統及商業用不銹鋼。

這是黃明欣教授工程團隊繼研發殺滅新冠病毒的不銹鋼材（2021年）、超强超韌（2017年及2020年）超級鋼材，新超級鋼材研發工作又一重要突破。

目前工業製氫主要利用鹼性或中性（弱酸性）溶液，海水作為製氫來源，一般需要經過淡化，電解槽的結構部件通常採用鍍金或鉑的純鈦材料，成本昂貴。

團隊研發的「製氫用不銹鋼」可在鹽水中直接產氫，亦可替換純鈦結構部件，使得結構部件成本便宜數十倍，更為目前仍處於研究和開發階段的海水製氫技術，提供可行並具經濟效益的潛在解決方案。

研究成果已在材料科學領域的旗艦期刊《今日材料》（Materials Today）發表，題為“A sequential dual-passivation strategy for designing stainless steel used above water oxidation”。

新超級鋼材正在申請多國專利，有兩項已得到授權，並有業界表達合作開發的興趣。

不銹鋼自一個世紀前被發現以來，一直是耐腐蝕的重要材料，廣泛應用於建築、交通運輸、食品、醫療等領域。不銹鋼是一種合金，鉻（chromium）元素的添加是其耐腐蝕的關鍵所在。通過鉻的氧化而形成的鈍化膜（鉻鈍化），可在自然環境中保護不銹鋼不被腐蝕。然而，當鉻進一步氧化形成可溶性六價鉻，會出現過鈍化腐蝕的現象，阻礙了不銹鋼的耐腐蝕性能，這通常在約1,000 mV（飽和甘汞, SCE）發生 ，低於電解水製氫的約1,600mV工作電位。

目前鉻基防腐合金的標桿是254SMO超級不銹鋼，其在海水中具有優異的抗腐蝕能力；然而，過鈍化腐蝕限制了其在更高電位下的應用。

港大黃明欣教授團隊採用了一種全新的「連續雙鈍化」策略，開發出具有前所未有耐腐蝕性能的新型「製氫用不銹鋼」。與傳統單層鈍化膜不同，新型不銹鋼在鉻基鈍化膜的基礎上形成了一層全新的錳（Manganese）基鈍化膜。這種鉻錳雙鈍化的組合可保護新型不銹鋼在氯化物介質中耐腐蝕至1700 mV，與傳統不銹鋼相比，抗腐蝕能力大幅提升。

「當初我們並不相信錳基鈍化這一發現，這是反直覺的，當前知識無法解釋，因為普遍的觀點認為錳會損害不銹鋼的耐腐蝕性。然而，當我們進一步研究，對這現象取得更多原子層面的證據，終於被說服了。驚訝之餘，我們更加迫不及待地想利用這一機制。」論文的第一作者、黃教授的學生余開平博士說。

從發現錳基鈍化到科學理論的突破，至研究結果正式發表開啓新型不銹鋼工業化應用之門，團隊花了近六年的時間。

「與當前腐蝕界主要關注自然電位下的腐蝕不同，我們專注於開發耐高電位腐蝕合金，『連續雙鈍化』克服了傳統不銹鋼的熱力學局限性，提供了一種適用於耐電位合金開發的範例。這一突破令人興奮，並開拓了全新的應用領域。」黃教授說。

目前利用淡化的海水或酸性溶液製氫，使用昂貴的鍍金或鉑的純鈦材料作爲電解槽結構部件，現階段功率為10兆瓦的PEM電解槽設備總體成本約為1,780萬港元，其中結構件成本比重可高達53%，團隊研發的新型不銹鋼有望將結構材料成本降低約40倍。

「這展示出巨大的工業應用價值。然而，從實驗材料到工業化產品，必然面臨著各種挑戰。我們與中國內地一家工廠合作，成功製造以噸計的新型不銹鋼鋼絲，作更多的測試，期望將這具經濟效益的鋼材推進應用到可再生能源製氫，向工業化邁進。」黃教授補充說。

論文連結：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702123002390

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