氢能源中金属氢脆问题答疑梳理

2022年1月7日，材料人举办《氢定天下-氢能源线上研讨会》，期间邀请悉尼大学陈翊升助理教授带来《氢能源中金属氢脆问题与挑战》报告。陈老师的报告因故不能提供回看，我们将陈老师的答疑部分整理成文，供大家参考。

问：请问有机多孔晶体适不适合用APT测试气体分子在晶体的扩散过程和吸附位置？
答：APT它本身这个样品是一个针状的样品，并且针状的样品里面是希望是尽量不要是多孔的，因为我们要把它施加一个很强的电场，这个电厂它不但会把针尖的原子给剥离开来，被抽离开来给吸出来。除此之外，它也有可能这个电荷会在里面的一些缺陷或者是界面甚至是孔洞产生一些很强的应力。这个应力就想想象一下，如果你被一个很强的吸尘器在吸的时候，你的身体会被拉的很难过，这时候你最脆弱的地方最有可能在那个地方先坏掉，所以多孔材料目前为止在APT的分析里面是很难达到的，因为它里面有孔，如果这个孔不管是纳米级的微米级的更糟糕，因为微米级的这个孔太大了对吧？如果是纳米级的话也一样的机会不大，因为那个地方有可能在APT的施加电场的过程当中，它就先坏掉了，如果先坏掉的时候，我们就没有办法好好的一一一颗原子的去收集它的信号，所以目前可行性是稍微低一些的。 但是也有目前之前在德国有也有一个也是APT很有名的中国籍的学者叫李彤老师，他也做出一些关于多孔材料用APT来分析的，结果之前发表在Science上面，这个的话有兴趣各位再去查一下文。

问：样品在做透射电镜观察时，样品里面储存的氢会不会脱附？如果脱附的话百分比大概是多少？ 答：透射电镜它会造成样品的脱附，而且这个状况非常严重。如果你这个样品它本身并不是以化学化合物的方式来储氢的话，基本上是看不太到氢的。当你的样品只要片薄了之后，氢因为离表面的距离非常近，虽然很容易扩散到表面的时候直接跑掉了，所以用透射电镜来观察氢的在材料里面的分布一直都是不太可行的，除非它产生了很强的化合物，也就是说像比如说镁的或者是铂金，镁跟铂金会产生氢化镁或者氢化铂，这些很稳定的化合物，这时候才有可能去观察氢化镁这个材料本身，但氢化镁当然跟镁就是不一样的材料了。所以这两目前在透射方面去观察氢的话，一直以来痛点短板，这也是为什么APT的这时候的使用就很重要。

问：输送管道中的氢分子是如何转变为氢原子进入钢铁机体的？
答：氢先附着在表面上面，这时候如果表面上面一些电荷的转移或者是有一些催化点，各位知道表在材料的表面都不会是完全平整的，在原子级的情况之下表面都凹凹凸凸的，那只要任何地方能够让氢丢掉丢失电子，这时候氢就有可能氢键就可能会打破了，这个时候氢如果打破了之后也不会直接进到材料里面，它有可能会先有两个氢的原子附着在表面上面。那之后如果在进去的能量比较低的情况之下，氢就会倾向于往材料里面走，但是氢往材料里面走能需要的能量远远小于把氢键打断的的能量。所以氢键打断是目前理解是最需要最多能量，这就是我们的瓶颈。如果表面上面很不巧的是有一些催化的这些这个可能的行为的话，这时候氢键容易被打断的时候，基本上氢进到材料里面就非常容易了。

问：您介绍一下目前比较看好的储氢，材料。
答：各有各的好处，什么像MOF也很好，然后金属像镁这种也很好，因为镁的这种金属材料很成熟，然后大家也都很熟悉了，只是它的风险比较高，是因为它的是粉末状的粉末状的，它从运输当中可能会有些意外发生，它有可能会爆炸，所以一边是安全性，一边是效率高但是安全性不好，一边是安全性好但是可能整体的体积的效率不一定好，其实目前都还在处于我觉得是还没有确定下来的时候，这也是一个很好的机会。

问：电解水制氢取代传统制氢的关键瓶颈是什么，前景如何
答：成本，能源效率，必须跟太阳能风能挂勾，靠其他清洁能源带飞

问：氢对位错的形核和位错的运动会有阻碍作用，请问如何理解氢与位错的交互作用？
答：氢在大部分的金属内会促进位错活动，但在铝裡面有看过钉扎的效应，但目前大多数学者认同氢会促进位错形成与运动

问：样品准备中，包括您展示的SEM原位的实验，充氢过程中如何定量氢的含量，进入电镜中残存的氢的量又如何确定呢
答： 我们用同一种材料的样品另外用热脱附仪做一组比较SEM原位实验的模拟实验来推测大概的氢残量。

问：奥氏体钢对氢脆敏感性最小，请问是否有相关材料的研究。
答：奥氏体钢也有很多氢脆的研究，具体体现在晶界以及孪晶界的破坏，至于具体氢进到奥氏体钢是如何作用的，我这边还在开展相关研究。

问：测试APT时针状的样品是怎么制备的
答：用电化学抛光或者聚焦离子束(FIB)都能做到。

问：氢脆严重程度与温度和压力有关吗
答： 有，氢压越高越严重，温度方面室温最严重，高低温都比较不明显。

氢能源线上研讨会回看地址：https://www.cailiaoren.com/vinfo.php?id=243

陈老师曾在材料人网上开课：https://www.cailiaoren.com/vinfo.php?id=201