传统不锈钢主要是依靠其表面的Cr2O3钝化膜实现优异的耐蚀性，但该方案在常规的中性及近中性环境中确实可行，可一旦到了强酸及高于水氧化电位的极端条件，就会由于钝化膜中的Cr氧化溶解，导致钝化膜被破坏。面对这种挑战，目前大多选择成本更高昂的钛合金，或使用贵金属涂层，但无论是何种策略，其制造成本都远高于工业链成熟的铁基材料，因此，亟待开发一种能在酸性高电位下形成稳定钝化膜的铁基合金。

针对这一问题，香港大学的研究团队于2026年4月以“Oxidized nickel enables iron to withstand water oxidation in acidic environment”为题在材料领域的国际期刊《Acta Materialia》在线发表一篇研究性论文，在该论文中，通过对不同含量的Fe-xNi进行对比研究发现，高镍含量能够为基体在强酸性（0.1 M HClO4）和高电位环境下，形成一种由富铁外层和富镍内层组成的钝化膜，该膜层能有效抵御水氧化反应（OER）过程中的腐蚀。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122261

【核心内容】

团队将在铸态钢锭在1200 ℃加热10h后水淬，随后切割制样，团队在12-34wt.%的镍含量范围内制备了一系列的Fe-xNi二元合金样品，并分别标记为xNi合金，通过对比这些合金样品的电化学性能，确立21wt%是镍的临界成分点，超过该含量后，合金的阳极过程从以金属溶解为主，逐步转变为几乎完全由OER主导，且高镍合金形成了更稳定的双层结构，能够长期维持膜层完整性，使合金在强酸性环境下保持稳定性。

图形摘要

【研究成果】

① 21 wt.%的临界含量

当Ni＜21 wt.%时，合金在~1.65 V（vs. SHE）发生了过钝化溶解，其中12Ni合金在1.75 V的高电位下，出现了感抗弧，表明有腐蚀产物的吸附/脱附过程发现；高镍合金，则出现两个明显的钝化区，高电位区表现出60 mV/dec的Tafel斜率，这是典型OER受电荷转移控制的特征，而非腐蚀，且24Ni合金在1.75 V的高电位下仍保持完整的容抗弧。

Fe-xNi合金在0.1 M HClO₄中的动电位极化行为

Fe-xNi合金在析氧电位下的电化学阻抗谱分析

② 金属溶解骤降

在2.5 V（vs. SHE）高电位下，24Ni在六个小时内均展现出极其稳定的电流响应，而低镍的12Ni合金电流持续衰减，通过ICP-MS对电解液中溶解离子进行精确定量，发现腐蚀速率随Ni含量增加呈指数级下降，且基于电荷平衡计算得出，24Ni合金的OER法拉第效率高达99.98%，这意味着阳极电流的仅有0.02%消耗于金属溶解。

Fe-xNi合金在高电位下的计时电流行为与金属溶解速率

Fe-xNi合金的电荷分配、法拉第效率与溶解离子比例

③ 从断续到完整的Ni-rich内层是稳定性之源

在21Ni合金中，钝化膜表面起伏不平，镍在内层的富集是局部且不连续的，存在未被镍富集层保护的区域，这些区域会成为腐蚀萌生的起点，而随着镍含量进一步提升至24，合金中，膜-基体界面平整且清晰，均匀连续的“Fe-rich外层/Ni-rich内层”双层结构，能够为合金的基体提供持续稳定的防护支持。

21Ni合金钝化膜的微观结构与成分分布

24Ni合金钝化膜的微观结构与成分分布

④ Ni氧化态演变与膜层致密化

XPS给出的化学信号表征，进一步正是的团队的结论，即便12Ni合金在高电位下检测到了镍信号，该信号更大可能也只是源于腐蚀产物的沉积，因为膜中晶格氧比例随电位升高而下降，说明该合金并不具备致密的钝化膜结构；相反，在24Ni合金中，随着电位升高至水氧化区间（1.5 V-2.5 V），Ni 2p谱中归属于Ni2+的特征峰增强，表明镍被成功整合进入钝化膜并形成稳定氧化物。

12Ni与24Ni合金表面在不同电位下的XPS谱图

12Ni和24Ni合金表面晶格氧比例及镍氧化物随电位的演化趋势

镍含量对Fe-xNi合金在酸性高电位环境下钝化行为的机制示意图

【总结与展望】

团队的这项研究，指明了一条成分可控的铁基材料极端条件耐蚀优化策略，在极端腐蚀环境中替代昂贵的钛材或贵金属涂层，降低了相关结构部件的核心材料成本，为推动能源结构转型，提供了极具价值的材料解决方案。