非晶重要突破！合工大、清華、港城大團隊最新Nature子刊

氧氣是生命的維系者，卻也會引發食品藥品腐敗、材料氧化及催化劑中毒等問題。因此，高效除氧是食品藥品保存、材料保護以及穩定化學反應過程的關鍵需求。然而，傳統鐵基除氧劑長期存在反應速率慢、容量遠低于理論值等問題，不僅造成資源浪費，也難以滿足更廣泛的工業應用需求。

近日，合肥工業大學研究團隊聯合清華大學、香港城市大學等單位，在高效除氧材料領域取得重要突破：首次將鐵基非晶合金應用于除氧體系，為新一代除氧技術提供了新思路。相關成果以“Fe-based metallic glasses as efficient oxygen scavengers”為題發表于國際頂級學術期刊Nature Communications。合肥工業大學斯佳佳副教授、香港城市大學欒亨偉博士后為共同第一作者；斯佳佳副教授、徐光青教授，香港城市大學呂堅教授及清華大學姚可夫教授為通訊作者。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-71713-4

團隊以鐵硅硼（FeSiB）非晶合金為基礎開發的新型除氧材料，展現出顯著優于傳統體系的性能。與廣泛應用的晶態鐵系除氧材料相比，其除氧速率高出1–2個數量級。該材料可在5.6小時內實現密封體系中氧氣的完全去除（定義為氧氣濃度<0.05%），而純鐵粉和還原鐵粉在24小時內仍無法實現完全除氧。該材料同時突破了低溫應用限制。在5 ℃條件下，傳統材料性能急劇惡化，幾乎無法有效除氧，而該FeSiB非晶合金仍可在15小時內實現完全除氧，展現出優異的低溫適應性。

圖1 鐵基非晶合金除氧材料的結構示意圖、應用場景及除氧性能

FeSiB非晶合金更在除氧容量上實現了突破。得益于Fe氧化過程對Si的協同氧化激活作用，該材料24小時等效除氧容量可達1.439 L/g，已接近傳統鐵基材料的理論極限；48小時進一步提升至1.596 L/g，超越純鐵的理論除氧上限。此外，該材料在室溫密封儲存30天后性能無衰減，且原料成本低、工藝簡單。基于12小時除氧容量性能測算，其成本效益約為傳統還原鐵粉的2.3倍，具備良好的產業化潛力。

分子動力學模擬結果表明，非晶結構可顯著降低氧氣吸附能壘，并有效促進氧分子解離。計算顯示，FeSiB非晶合金的氧氣吸附能壘僅為1.29 eV，遠低于晶態純鐵的3.39 eV。此外，該材料在反應過程中呈現出優異的自催化特性：反應生成的γ?FeO(OH)納米多孔產物與硅藻土復合，構筑出“保水區—強吸附區”多級結構，有利于O2與H2O的快速輸運，并持續暴露活性位點，使反應速率隨反應進程不斷提升，從本質上解決了傳統脫氧材料后期動力學衰減的問題。

圖2 鐵基非晶合金與傳統材料除氧性能對比

圖3 分子動力學模擬結果

該研究首次揭示了鐵基非晶合金在化學除氧領域的應用潛力，為非晶合金拓展了新的應用領域。相關材料有望在食品藥品包裝、氣體純化與氣氛調控、化工及生物等對氧敏感領域獲得應用，為產業發展提供新的材料支撐。

主要作者介紹

斯佳佳（第一作者，通訊作者）：合肥工業大學材料學院副教授。博士畢業于北京科技大學新金屬材料國家重點實驗室，后于清華大學完成博士后研究工作。主要研究方向為非晶與高熵合金、金屬材料表面工程。主持國家自然科學基金青年項目、中國博士后科學基金特別資助項目、中國博士后科學基金面上項目等多項課題。在Nature Communications、Materials Research Letters、Journal of Hazardous Materials、Corrosion Science等知名期刊發表學術論文40余篇，論文總被引2100余次；申請中國發明專利20余項，申請并獲國際PCT專利1項。

欒亨偉博士（共同第一作者）：香港城市大學博士后，導師為呂堅院士。2016年獲清華大學學士學位，2022年獲清華大學博士學位，師從姚可夫教授。主要研究方向為高熵合金、非晶合金及人工智能+ 材料。累計發表學術論文37篇，其中以第一作者（含共同）及通訊作者身份在Nature Communications（2 篇）、Acta Materialia、Advanced Science、Journal of Materials Science & Technology、Scripta Materialia等期刊發表多篇高水平論文。論文總被引2100余次，H指數 21。個人主頁：https://www.researchgate.net/profile/Hengwei-Luan

徐光青（通訊作者）：合肥工業大學材料科學與工程學院副院長、教授。全國熱處理學會理事，安徽省硅酸鹽學會理事。主要從事材料表面防護、金屬強韌化及微納粉體的制備及表征等方面的研究。先后主持國家自然科學基金、中國博士后基金、安徽省重點研發計劃、安徽省自然科學基金等研究項目。以第一或通訊作者在Nature Communications、Applied Catalysis B: Environmental、Nanoscale等學術期刊上發表學術論文七十余篇，授權國家發明專利二十余項，分別獲安徽省科技進步二等獎1項，安徽省科技進步三等獎1項，中國有色金屬工業科學技術獎科技進步二等獎1項。

呂堅院士（通訊作者）：法國國家技術科學院（NATF）院士、香港工程院院士、香港材料研究會理事長（HKMRS）、香港城市大學機械工程系講座教授、工學院院長、國家貴金屬材料工程研究中心香港分中心主任、先進結構材料中心主任。研究方向涉及先進結構與功能納米材料的設計、制備和性能，圖靈及高熵合金催化劑，超高靈敏度表面增強拉曼光譜（SERS）及其應用等。2006年與2017年分別獲法國總統任命獲法國國家榮譽騎士勛章及法國國家榮譽軍團騎士勛章，2018年獲中國工程院光華工程科技獎。已取得84項歐、美（50項）、中發明專利授權，在本領域頂尖雜志Nature（封面文章）、Science、Nature Materials等專業雜志上發表論文580余篇，引用五萬余次。個人主頁：https://www.cityu.edu.hk/mne/people/academic-staff/prof-lu-jian

姚可夫（通訊作者）：清華大學材料學院教授、博士生導師。主持和參與國家重點研發計劃項目、“973”項目、“863”項目、國家自然科學基金重點項目與面上項目等多項項目。擔任中國材料研究學會理事、中國金屬學會非晶合金分會副主任委員。國家精品課、國家精品資源共享課“工程材料”課程負責人，入選北京市高等學校教學名師，主編的《工程材料》第5版獲全國優秀教材二等獎。研究方向涉及非晶合金、高熵合金和非晶-納米晶等金屬材料的制備、加工與應用等，并在Nature Communications, Acta Materialia等期刊發表學術論文300余篇，獲授權發明專利20余項。

本文來自“材料科學與工程”公眾號，感謝論文作者團隊支持。

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