铝-共晶GaInSn合金的快速涂覆法制备及其产氢机理研究

针对铝合金表面致密氧化膜严重阻碍水解产氢的问题，研究人员提出了一种通过低熔点合金（GaInSn）快速改性铝表面的新方法。该技术实现了纯铝在液态合金中的快速渗透与合金化，有效破坏氧化膜并诱导铝-水反应，在常温常压下获得快速持续的产氢过程。研究通过机理模型阐明了低熔点共晶合金在铝水解产氢中的作用，为氢能产业提供了低成本解决方案。

　　

在全球能源转型背景下，氢能因其高热值（143,000 J/kg）和零碳排放特性成为理想清洁能源。然而，传统电解水制氢存在能耗高、储运难等问题，而铝水解产氢虽理论产氢量达1360 ml/g（25°C），但表面氧化膜（Al₂
O₃
）阻碍其实际应用。现有研究多依赖强碱或高温条件，存在设备腐蚀和安全性隐患。如何实现温和条件下高效、持续的铝基产氢，成为氢能领域的关键挑战。

针对这一难题，新疆大学与西安交通大学联合团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，提出了一种创新性的“快速涂覆法”。该方法通过将纯铝颗粒（φ3×3 mm）浸入液态共晶GaInSn合金（熔点<25°C），利用低熔点合金的渗透作用快速破坏铝表面氧化膜，构建Al-水-合金三相反应界面，实现了常温常压下的高效产氢。研究结合成分设计（表1）、动力学分析和显微表征，系统揭示了Ga-In₃
Sn-InSn₄
共晶相的活化机制。

关键技术方法

1. 成分设计：制备7种不同比例的Al-GaInSn合金（表1），通过控制变量法研究元素配比对产氢性能的影响；
2. 快速合金化：纯铝在液态GaInSn中渗透形成表面改性层（图1）；
3. 常温水解实验：监测5/10/20 ml水参与反应时的产氢速率与总量（图3a-c）；
4. 机理分析：通过腐蚀坑观察和三相界面模型阐明低熔点合金的氧化膜破坏作用。

研究结果

1. 组分设计与产氢性能：实验表明，Ga-In-Sn比例变化显著影响产氢效率，其中特定成分合金在20 ml水中产氢速率提升300%（表2）；
2. 氧化膜破坏机制：共晶合金通过形成Ga富集液相和In₃
   Sn相，在铝表面产生晶间腐蚀（图4），破坏氧化膜连续性；
3. 三相界面模型：证实Al-水-合金界面为产氢活性位点，液态合金通过溶解Al原子促进持续反应。

结论与意义
该研究首次提出液态共晶合金快速涂覆技术，突破了铝水解产氢的氧化膜限制。低熔点合金通过双重作用实现高效活化：一是形成腐蚀坑破坏氧化层，二是构建动态三相界面促进Al原子溶解。相比传统机械球磨或高温熔炼法，该方法操作简便、成本低廉，产氢速率达1225.5 ml（转化率90.1%），为便携式氢能设备开发提供了新思路。研究不仅完善了低熔点金属活化理论，更为铝基氢能材料的规模化应用奠定了实验基础。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加外部引用；专业术语如e-GaInSn指共晶镓铟锡合金，首次出现时已标注。）