氢气被视为未来气候中性能源的基石，但如何安全、经济地储存和运输氢气，一直是横亘在氢能产业化道路上的“拦路虎”。

近日，北京科技大学与德国马克斯·普朗克可持续材料研究所领衔的国际团队在《科学进展》（Science Advances）上发表突破性成果：成功研制出一种兼具超高耐腐蚀性和优异抗氢脆性能的新型奥氏体不锈钢，为氢气管道、储罐等核心装备提供了全新材料方案。

氢脆：氢能路上的“隐形杀手”

氢脆是氢能源设施面临的核心威胁——氢原子是元素周期表中最小的原子，它能轻易渗入金属内部，削弱金属原子间的键合力，导致材料在没有明显征兆的情况下突然断裂——这就是令工程师闻之色变的氢脆。

即便像316L这样先进的商用不锈钢，在高压氢气或腐蚀性氢环境中也难以长期保持机械可靠性。传统防护多依赖表面的氧化膜，但一旦膜层受损，氢脆风险依然存在。

研究团队的创新之处在于，他们没有单纯依赖传统的表面氧化膜防护，而是将目光投向问题的源头--晶界。

晶界是金属中原子排列混乱的区域，作为金属中最脆弱的缺陷部位，晶界既是氢的快速扩散通道，也是电化学腐蚀的活性位点。如果能在这里筑起一道“防火墙”，就能从根源上阻断氢的入侵。

论文通讯作者之一、马普所所长Dierk Raabe解释道：“我们的创新在于，不再单纯依赖表面的氧化膜，而是将氮原子直接‘嵌入’钢的晶界中。

这种原子尺度的“装饰”实现了对晶界的长期化学钝化：氮原子占据了晶界上的关键位置，既阻止了氢原子的渗透，又稳定了晶界结构，使其抗腐蚀能力大幅提升。与依赖析出相“捕获”氢的传统策略（容易饱和失效）相比，晶界钝化提供了更稳定、更持久的防护效果。

最终研制的合金成分为 Fe-20Cr-9Ni-2.5Mn-1.6Mo-1Cu-0.2N。在严格的对比测试中，它的表现令人惊叹：

• 耐腐蚀性能：是商用316L不锈钢的 3.8倍

• 抗氢脆能力：比316L提升 1.35倍
• 氢扩散率：低至约 7.8×10⁻¹⁷ m²/s，氢原子几乎无法穿越
• 环境适应性：在多种酸性、碱性介质中均能形成致密钝化膜，抵御离子侵蚀

新材料不仅性能优异，还具备极强的工程实用性，成本约4.15美元/千克，低于316L等商用不锈钢，且碳足迹更低，可直接兼容现有工业加工路线。该成果为氢气管道、储罐及运输设备提供了一条兼顾耐久性与经济性的可行路径，其原子尺度设计策略也有望推广至其他合金体系，服务于更广泛的能源与化工领域。