近日，我校材料科学与工程学院徐光青教授、斯佳佳副教授团队联合清华大学、香港城市大学等单位，在高效除氧材料研发领域取得重要突破，首次报道铁基非晶超效除氧材料，相关研究成果为新一代除氧技术发展提供全新方向。相关成果以“Fe-based Metallic Glasses as Efficient Oxygen Scavengers”为题发表于国际著名期刊《Nature Communications》。合肥工业大学为第一完成单位，材料科学与工程学院斯佳佳副教授、香港城市大学栾亨伟博士后为论文共同第一作者，我校斯佳佳副教授、徐光青教授，香港城市大学吕坚教授，清华大学姚可夫教授为论文通讯作者。
氧气是生命的维系者，却也会引发食品药品腐败、材料氧化及催化剂中毒等问题。因此，高效除氧是食品药品保质、材料保存和稳定化学反应的关键需求，传统铁基除氧材料却长期受限于除氧速率慢、容量远低于理论值的短板，资源浪费问题突出，也难以满足工业应用的多元需求。亟需研发兼具高速率、高容量、高稳定性的新型除氧材料，突破传统体系的性能瓶颈与应用限制。
本研究以铁硅硼（FeSiB）非晶合金为基础研发新型除氧材料，创新性提出 “非晶结构降低吸附能垒 + 多组分协同氧化 + 自催化微结构调控” 的高效除氧新策略。实验结果表明，该材料的除氧速率较广泛应用的晶态铁系材料提升1-2个数量级。无电解质条件下，FeSiB非晶合金的除氧速率是纯铁粉的60倍、还原铁粉的41倍；即便添加电解质优化后，仍保持着40倍和9倍的优势，能够在5.6小时内实现密封体系中氧气的完全去除（定义为氧浓度<0.05%），而纯铁粉和还原铁粉体系即便在最优条件下，24小时内也无法完成完全除氧。该材料还突破低温应用瓶颈，在5 ℃低温环境下可在15小时内实现完全除氧，而传统材料在此条件下几乎失效。
图1 铁基非晶合金除氧材料的结构示意图、应用场景及除氧性能
该材料还刷新了除氧容量记录，其24小时等效除氧容量达1.439 L/g，接近传统铁基材料的理论极限，48小时进一步提升至1.596 L/g，超越纯铁的理论除氧极限；同时具备优异的长期储存稳定性，室温密封储存30天除氧性能无衰减，且兼具原料成本低、加工工艺简单的特点，成本效益约为传统还原铁粉的2-3倍，具备大规模工业化应用潜力。
图2 铁基非晶合金与传统材料除氧性能对比
分子动力学模拟表明，非晶结构可显著降低氧气吸附能垒并促进氧分子解离。FeSiB 非晶合金的氧吸附能垒仅为1.29 eV，远低于晶态纯铁的3.39 eV。反应过程中，Fe与Si实现高效协同氧化，显著提升材料除氧性能；同时，反应生成的γ‑FeO(OH) 基纳米多孔产物与硅藻土形成 “强吸附区‑保水区” 耦合微结构，构建出持续的自催化循环，使反应速率随时间呈指数级提升，从根本上解决了传统除氧材料在反应后期动力学性能急剧衰减的难题。
图3 分子动力学模拟结果
本研究首次发掘了铁基非晶合金在化学除氧领域的巨大潜力，其揭示的反应机制也为催化、气体净化、腐蚀防护等相关领域的材料设计提供了新范式，研发的新型除氧材料未来有望在食品药品包装、气体纯化和气体成分控制、化工、生物等众多对氧敏感领域实现规模化应用，为相关行业发展提供新材料支撑。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-026-71713-4
（斯佳佳/文 斯佳佳/图 薛传妹/审核）
责任编辑：程婷婷
