??社會(huì)的快速發(fā)展對能源產(chǎn)生了更迫切的需求，也導(dǎo)致了一系列危及自身生存和發(fā)展的環(huán)境問題，解決能源開發(fā)與環(huán)境之間的矛盾沖突是當(dāng)今世界面臨的巨大挑戰(zhàn)。過去幾年，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所非晶合金磁電功能特性研究團(tuán)隊(duì)圍繞鋁基非晶合金在環(huán)境和能源方面的功能特性開展了一系列研究，團(tuán)隊(duì)主要通過兩個(gè)方面著手：一是開發(fā)能夠用來清潔水污染的鋁基非晶合金，二是探究鋁基非晶合金在儲(chǔ)能和析氫等能源方面的應(yīng)用。

印染等有機(jī)污水是工業(yè)污水的重要源頭，近年來國內(nèi)外同行發(fā)現(xiàn)鐵基、鎂基、鈷基等非晶合金在降解偶氮染料溶液方面具有優(yōu)異的性能，其褪色速率可以達(dá)到相應(yīng)晶態(tài)合金的幾十甚至上千倍。研究團(tuán)隊(duì)前期通過球磨法引入殘余應(yīng)力提高鐵基和鎂基非晶合金粉表面能量狀態(tài)，顯著提高了其降解偶氮染料活性，降解偶氮染料速率分別達(dá)到商業(yè)鐵粉的200倍和1000倍（Adv. Funct. Mater. 22, 2567 (2012). Sci. Rep. 2, 418 (2012).《中國材料進(jìn)展》（Materials China）33(5), 270 (2014)）。然而，一般情況下褪色速率隨著溶液pH值的升高會(huì)迅速降低?？紤]到實(shí)際染料污水很多都是堿性溶液，因此開發(fā)在堿性溶液中可以快速褪色的非晶合金體系對促進(jìn)其應(yīng)用有重要意義。為了解決這個(gè)問題，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)鋁基非晶合金在較寬pH范圍內(nèi)都可以快速降解偶氮染料，而且在堿性（pH=12）和酸性（pH=2）溶液中比中性條件下降解速率快1.5和189倍。研究表面結(jié)構(gòu)和元素成分表明，鋁元素首先發(fā)生去合金化反應(yīng)，表面形成富鎳和富釔納米多孔層，從而增強(qiáng)染料吸附的作用，加快染料褪色降解過程，如圖1。這些結(jié)果表明鋁基非晶合金在降解堿性、酸性和中性染料污水方面都有良好的應(yīng)用前景，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在J. Alloys Compounds 701，759（2017）。

納米多孔材料由于比表面積大，成分可調(diào)，在催化、儲(chǔ)能等諸多技術(shù)領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注。研究團(tuán)隊(duì)在之前工作的基礎(chǔ)上繼續(xù)深入研究了合金成分、晶化組織結(jié)構(gòu)等因素對AlNiCo非晶合金去合金化形成納米多孔結(jié)構(gòu)的影響，并研究了其贗電容特性。發(fā)現(xiàn)3 at.%銅的加入可使納米孔復(fù)合材料的比電容增加至1.22 F cm2，工作發(fā)表在J. Alloys Compounds 703，461（2017）。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過引入預(yù)晶化工藝，設(shè)計(jì)出具有三重尺寸的多級納米多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)，納米多孔支架也形成了金屬/氧化物核殼復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而大幅提高了離子和電子的輸運(yùn)特性，最終比電容增加至3.35 F cm2，如圖2，文章發(fā)表在J. Alloys Compounds 772，164（2019）。由于Al基非晶合金彈性好、強(qiáng)度高，這種高儲(chǔ)能密度納米多孔材料有望作為柔性自支撐超級電容器電極獲得應(yīng)用。

非晶合金作為非平衡材料，其最大特點(diǎn)就是可以在非常寬的成分范圍內(nèi)添加不同的合金元素，實(shí)現(xiàn)材料的多功能化。研究團(tuán)隊(duì)以Al基非晶合金為基體，少量添加貴金屬元素控制材料成分，探索開發(fā)具有高性能活性的析氫催化劑，成功開發(fā)出Al80Ni6Co3Mn3Y5Au3非晶合金材料，發(fā)現(xiàn)其在酸性環(huán)境中析氫反應(yīng)過電位約為70 mV @ 10 mA cm-2，Tafel斜率約為39 mV dec-1，可與商業(yè)貴金屬Pt/C電極（33 mV @ 10 mA cm-2, 38 mV dec-1）相媲美。通過對微結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)制的研究，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這種高催化活性可以歸因于表面形成的多組元高熵合金納米多孔結(jié)構(gòu)，其中均勻分散的多重元素的協(xié)同作用使其獲得了非常高的氫轉(zhuǎn)化頻率和離子輸運(yùn)電導(dǎo)率，如圖3。非晶態(tài)中獨(dú)特的原子均勻擴(kuò)散效應(yīng)，使得界面形成富金保護(hù)層，從而表現(xiàn)出長時(shí)間穩(wěn)定性。而且該材料還帶有非常高的屈服強(qiáng)度、較大的彈性和良好的導(dǎo)電性，是一種理想的獨(dú)立式催化電極，相關(guān)工作發(fā)表在J. Mater. Chem. A 8, 3246 (2020)。

該系列成果得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018YFA0703604）、國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金和面上基金（NSFC 51922102、51827801、51771216）、浙江省杰出青年基金（LR18E010002）等項(xiàng)目的資助。

圖1 Al基非晶合金降解偶氮染料溶液效果、溶液濃度衰減曲線和反應(yīng)后表面形貌圖

圖2 Al基非晶合金柔韌性演示和不同納米材料贗電容的倍率特性對比

圖3 Al基非晶合金條帶電催化析氫反應(yīng)的示意效果圖和各種電極材料性能對比圖