紧密围绕国家“双碳”战略与氢能产业快速发展对关键材料与防护技术的迫切需求，聚焦膜层制备技术与氢能相关材料两大核心领域，系统构建了覆盖“表面防护涂层设计—功能膜层制备—氢能关键材料研发—工程应用评价”全链条的技术体系。团队依托油气田腐蚀防护与新材料陕西省高等学校重点实验室、西安市高性能油气田材料重点实验室等平台，在多元合金镀层制备、热喷涂功能涂层开发、燃料电池/电解水制氢关键材料研发、天然气掺氢输送管材氢脆评价等方面形成了鲜明特色与系统积累，为油气田装备防护升级与氢能产业关键材料国产化替代提供了重要技术支撑。

【核心技术突破】

高性能多元合金化学镀层制备技术：针对油气田管柱在H₂S、CO₂、Cl⁻等多介质耦合工况下的腐蚀失效问题，团队以N80油套管钢为基体，采用化学镀工艺成功制备出Ni-W-Mo-P四元合金镀层。通过单因素试验与正交试验系统优化了镀前活化时间、镀液组分（六水硫酸镍、钨酸钠、次亚磷酸钠、钼酸钠）及镀液温度等关键工艺参数。最佳工艺条件下制备的镀层由细小且排列紧密的胞状组织构成，表面平整致密，与基体结合界面无坑状缺陷和缝隙，镀层硬度达547.8 HV，腐蚀速率低至0.377 mm/a。该技术为油套管表面防护升级提供了高效、低成本的工艺方案。

等离子喷涂（APS）功能防护涂层技术：聚焦传统大气等离子喷涂（APS）金属涂层过程中金属熔融粒子飞行氧化严重、涂层氧化物夹杂多、界面结合强度低和服役寿命不足等难题，创新性提出基于粉末含脱氧元素设计的APS 低成本制备高性能金属涂层的新方法。系统研究了金属粒子在高温等离子射流中的氧化行为，证实了金属粒子发生飞行中氧化是涂层氧化物的主要来源，阐明了氧化物是导致涂层仅能形成有限结合、整体结合强度不足60 MPa的主要原因。

特种微孔金属分离膜：面向过程工业用的非对称梯度金属多孔过滤元件，具有高长径比（＞65:1），成形工艺简单、成本低廉，具有成本优势；所开发的特种微孔金属分离膜元件制备工艺路线与现有传统多孔金属材料生产流程基本相同，但过滤性能是同类产品的2-3倍，具有性能优势；产品应用领域广泛，具有市场可推广性。

燃料电池与电解水制氢关键膜材料研发技术：针对碱性电解水制氢中析氢反应动力学迟缓、铂基催化剂成本高储量稀缺，以及NiSe基材料稳定性差、活性不足的瓶颈，本工作制备的NiSe@NC空心球催化剂，碱性条件下未iR校正时10 mA/cm²过电位仅169 mV，可稳定运行80 h 以上，性能显著优于对比样品。该成果通过氮掺杂碳封装与中空结构设计，提升了非贵金属催化剂的稳定性与传质效率，为低成本高活性碱性HER电催化剂开发提供新思路，对推动电解水制氢产业化、支撑绿氢经济发展具有重要指导意义与推广价值。

天然气掺氢输送管线钢氢脆评价技术：针对利用在役天然气管道掺氢输送面临的材料氢脆风险这一行业瓶颈，团队以X65管线钢为研究对象，借助电化学充氢方法和D-S双电解池氢渗透测试技术，结合ABAQUS有限元仿真，系统研究管线钢氢扩散规律与氢致断裂机理，探究CO₂等伴生介质对氢损伤行为的影响。团队系统综述了管线钢钢级、表面缺陷、组织缺陷、腐蚀环境及运行工况（氢浓度、温度、应力状态）等因素对氢脆敏感性的影响规律与机制，研究成果为在役天然气管道掺氢输送的安全评价与管材适用性判断提供了关键理论依据与技术支撑。

高性能质子交换膜连续化制备技术储备：团队在新能源材料与器件方向已形成燃料电池及电解水制氢关键材料的研究布局，聚焦高纯全氟质子聚合物合成、质子膜复合增强技术及膜电极组件制备等核心技术环节。高强度复合质子交换膜连续化制备技术涵盖复合增强与多层复合工艺，可实现高机械强度、高尺寸稳定性的高性能膜材料批量制备。该方向的技术积累与氢能“制－储－输－用”全链条形成了紧密衔接。①首创反钙钛矿碳化物衍生自分解合成策略，解决了双原子催化剂在碳纳米管上高密度、稳定锚定的难题，避免了活性组分的迁移与团聚；②构建了Co-Zn双原子位点（Co-Zn-N₆配位结构）的协同催化体系，利用双金属间的电子效应显著加速ORR中OOH的形成和OH的解离，同时降低HER中H*的吸附－脱附能垒；③获得的Co,Zn SAs@Co-CNTs催化剂在碱性条件下HER过电位仅89 mV（@10 mA/cm²）、ORR半波电位高达0.92 V，酸性HER过电位为142 mV，综合性能超越商用20% Pt/C催化剂。

【成果支撑】

团队依托西安石油大学材料科学与工程学院，拥有材料科学与工程省级优势学科平台、油气田腐蚀防护与新材料陕西省高等学校重点实验室、西安市高性能油气田材料重点实验室等科研支撑条件，实验室配备化学镀/电镀制备系统、等离子喷涂系统、电化学工作站、高温高压腐蚀测试釜、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等完备的材料制备、表征与性能评价设备。

人才队伍：团队在膜层制备与氢能材料方向形成了结构合理的研究队伍。刘艳明副教授长期从事硬质涂层强韧化、高温防护涂层设计构筑及金刚石涂层电极研究，主持国家自然科学基金青年项目、陕西省自然科学基础研究计划项目及企业横向课题多项，以第一/通讯作者在《Surface & Coatings Technology》《Journal of Materials Science & Technology》等期刊发表SCI论文15篇，授权发明专利3项，出版学术专著1部。李凯副教授长期从事固体氧化物燃料电池、新能源材料与功能陶瓷器件研究，主持国家自然科学基金青年项目、陕西省重点研发项目等多项科研项目，授权中国发明专利5项。何丹阳讲师聚焦氢能源材料化学与电解水制氢关键材料与技术，以第一/通讯作者在《Chemical Engineering Journal》《Journal of Energy Chemistry》等期刊发表SCI论文10余篇，授权发明专利10余项。团队还建有“氢能技术与应用”微专业，系统培养氢能全产业链复合型人才。

科研成果：在多元合金镀层制备、热喷涂功能涂层、层状复合膜质子传导强化、管线钢氢脆评价等方向发表学术论文30余篇（SCI收录20余篇），授权发明专利多项。团队先后承担国家自然科学基金项目、陕西省自然科学基础研究计划项目、企业横向课题等20余项，研发经费充足。

【应用前景】

油气田装备表面防护升级：Ni-W-Mo-P四元合金化学镀层（硬度547.8 HV，腐蚀速率0.377 mm·a⁻¹）可应用于油套管、井下工具及集输管线的内壁防护，在高温、高盐、H₂S/CO₂多介质耦合工况下显著延长管柱服役寿命。等离子喷涂Fe316L涂层（结合强度39.97 MPa，摩擦系数0.14）可为油气田轻量化装备关键部件提供抗磨防护方案。

氢能全产业链关键材料国产化：基层状复合膜质子传导强化技术及一体化膜电极制备技术可应用于氢燃料电池与PEM电解水制氢领域，其垂直向质子传导率与功率密度的大幅提升，为国产化高性能质子交换膜的研发提供了新思路。固体氧化物燃料电池电堆关键材料及系统集成技术可直接支撑分布式发电与热电联供场景。

在役天然气管道掺氢输送安全评估：随着天然气管道掺氢输送工程示范加速推进，X65、X80等管线钢的氢脆风险评价需求日益迫切。团队建立的氢扩散规律与氢致断裂机理评价方法，结合ABAQUS有限元仿真技术，可服务于在役管道的掺氢适应性评价与安全运行阈值制定，为氢能大规模输运提供安全保障。

新能源装备功能涂层与表面工程技术：硬质涂层强韧化与高温防护涂层设计技术可拓展至燃料电池双极板表面防护、电解槽关键部件抗腐蚀涂层、核电装备高温抗氧化涂层等领域。金刚石基功能涂层电极在水处理电催化氧化领域的应用前景同样值得关注。

新能源材料学科交叉与人才培养：通过“氢能技术与应用”微专业及新能源材料与器件专业的系统建设，可面向氢能制备、储运、应用全产业链输送复合型专业技术人才，服务于国家能源结构转型升级与区域经济发展需求。