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作者及机构
本研究由Basori Basori（印度尼西亚Universitas Nasional）、Wan M. F. W. Mohamad（马来西亚Universiti Teknikal Malaysia Melaka）等7位作者合作完成，发表于期刊*Journal of Electrochemical Science and Engineering*（2023年3月）。

学术背景

研究领域：电化学腐蚀与材料科学，聚焦于不锈钢316L（SS 316L）在碱性电解液中的腐蚀行为及其在氢氧混合气（HHO）发生器中的应用。

研究动机：
- 现实需求：氢能作为清洁能源载体，其电解水制氢技术需解决电极材料在强碱环境中的腐蚀问题。KOH（氢氧化钾）因高导电性被广泛用作电解液，但高浓度KOH会加速电极腐蚀，影响HHO发生器寿命。
- 科学问题：SS 316L作为常用电极材料，其在不同KOH浓度下的腐蚀机制、表面形貌变化及钝化行为尚未系统研究。

研究目标：
1. 量化KOH浓度（5–50 g/L）对SS 316L腐蚀速率的影响；
2. 分析钝化膜（passive film）的半导体特性及成分；
3. 提出适用于HHO发生器的KOH浓度优化建议。

研究流程与方法

研究对象：
- 材料：SS 316L板材（厚度0.3 mm，成分见表1，含Cr 16.33 wt%、Ni 9.97 wt%）。
- 分组：按KOH浓度分为K5（5 g/L）、K30（30 g/L）、K50（50 g/L）三组，以未处理样品为对照。

实验流程：
1. 电化学测试：
- 开路电位（OCP）：在7200秒内监测电位稳态，评估钝化膜形成动力学。
- 动电位极化（Potentiodynamic Polarization）：扫描范围-0.25至+1.5 V（vs. SCE），速率2 mV/s，测定腐蚀电流密度（icorr）和点蚀电位（Epit）。
- 电化学阻抗谱（EIS）：频率范围100 kHz–0.2 Hz，拟合溶液电阻（Rs）和电荷转移电阻（Rct）。
- 莫特-肖特基（Mott-Schottky）分析：在1000 Hz下扫描-2至+2 V，解析钝化膜的半导体类型（n型/p型）。

1. 表面与结构表征：
   
   • 扫描电镜-能谱（SEM-EDS）：观察晶界腐蚀（intergranular corrosion）及元素分布。
     
   • X射线衍射（XRD）：检测腐蚀产物的相组成。
     
   • 紫外-可见光谱（UV-Vis）：分析电解液中溶解的金属氧化物颗粒（如Cr₂O₃、Fe₂O₃）。
     

数据分析：
- 腐蚀速率通过公式 ( CR = 3.27 \times (M \times j_{corr}) / (\rho \times n) ) 计算（M为原子量，ρ为密度，n为电子数）。
- EIS数据通过等效电路模型拟合，Mott-Schottky斜率用于计算载流子密度（Nd/Na）。

主要结果

1. 电化学行为：

   • 腐蚀速率：K5（0.457 µm/年）< K30（2.362 µm/年）< K50（5.613 µm/年），证实KOH浓度与腐蚀速率正相关。
     
   • 钝化区宽度：K5的钝化区最宽（0.8 V vs. SCE），表明低浓度下钝化膜更稳定。
     
   • 点蚀电位：K5的Epit最高（0.8 V），高浓度（K50）下钝化膜易破裂。
     

2. 表面形貌：

   • SEM：K50样品晶界处出现“白锈”（white rust），为晶间腐蚀特征；K5表面氧含量更高（EDS证实），对应更致密的钝化膜。
     
   • XRD：所有样品仅检测到γ-Fe相（奥氏体），腐蚀产物未形成新相，但峰强度降低反映表面粗糙度增加。
     

3. 钝化膜特性：

   • Mott-Schottky：电位0–1.75 V区间，K5显示明显的n型（Fe₂O₃/Cr₂O₃）和p型（NiO）半导体行为，高浓度下半导体响应减弱。
     
   • UV-Vis：电解液中检测到207–250 nm波长吸收峰，对应Fe/Cr氧化物颗粒的溶出。
     

结论与价值

科学意义：
- 揭示了KOH浓度通过影响钝化膜半导体特性（载流子密度、类型）调控腐蚀速率的机制。
- 提出SS 316L在低浓度KOH（<50 g/L）中可平衡HHO产率与电极寿命，为电解槽设计提供理论依据。

应用价值：
- 推荐HHO发生器使用KOH浓度≤50 g/L，以将年腐蚀速率控制在5.613 µm以下，延长电极寿命。

研究亮点

1. 多尺度表征：结合电化学（EIS、Mott-Schottky）与表面分析（SEM-EDS、XRD），全面解析腐蚀机制。
   
2. 创新发现：首次报道KOH浓度对SS 316L钝化膜半导体特性的影响，关联腐蚀动力学与电子结构。
   
3. 工程指导：明确低KOH浓度（5 g/L）的优越性，兼顾高HHO产率与低腐蚀速率。
   

其他价值

• 研究数据可为后续开发耐碱腐蚀合金（如高Ni/Cr不锈钢）提供对比基线。
  
• 方法学（如Mott-Schottky分析）可推广至其他碱性环境下的金属腐蚀研究。