近日，我院百人计划青年教师裴超群（助理教授，马将教授团队）围绕非晶合金的结构设计与性能提升开展系列原创研究。联合中国科学院东莞材料科学与技术研究所、中国科学院物理研究所、香港理工大学、南京理工大学等多家单位协同攻关，相关成果以第一/共一作者连续发表在《National Science Review》（IF=18.1）、《Acta Materialia》（IF=10.7）以及《Advanced Science》（IF=14.1）国际顶尖期刊上，在非晶合金拓扑结构设计、大尺寸工业可制备块体非晶合金、磁场增强电催化方向取得重要突破。
非晶合金是支撑高端制造与新能源产业发展的重要战略资源，凭借长程无序、短程有序的原子结构特征，在催化、力学、磁学等性能上展现出独特优势。但也正是这种非晶态无序的结构本征，如何从多尺度结构设计、玻璃形成能力调控等维度精准提升性能，实现其在绿色氢能转化与高端装备结构制造中的规模化应用，一直是非晶合金领域面临的核心科学与技术难题。针对上述难题，裴超群老师分别从超材料多尺度拓扑设计、合金成分热力学工程、磁场催化调控三个角度开展系统攻关，取得系列创新成果。
在《National Science Review》中，团队发展多尺度超材料催化剂设计范式，将仿生三重周期极小曲面（TPMS）拓扑结构的锆基非晶合金支架与脉冲电沉积制备 NiMo纳米非晶异质结构结合，构筑NiMo@Zr多尺度超材料催化剂（NiMo@Zr MMCs）。Gyroid拓扑骨架保障电解质输运、气泡脱附与机械强度；结合电沉积原子制造技术，实现了丰富的非晶‑非晶异质界面，精准调控电子结构，优化本征催化活性。该一体化双功能催化剂在碱性条件下，100 mA cm⁻² 电流密度下全解水槽电压低至1.438 V，稳定运行超过 200 h。该研究把超材料催化剂从单纯宏观拓扑输运设计拓展至“输运‑纳米催化界面”跨尺度协同调控，为下一代电催化电极提供普适设计思路。
面向非晶合金工程化应用，团队在金属领域顶刊《Acta Materialia》报道一款新型无铍Zr基块体非晶合金（Zr58Ti2Cu16Ni12Nb2Al10)Y0.2）（ZN2‑Y）。基于热力学引导多组元工程策略，该合金兼顾优异工业压铸成型能力与高断裂韧性：真空吸铸可获得直径 15 mm完全非晶棒材；工业压铸条件下可制备厚度3.5 mm 的全非晶板材，优于商用 Vit‑106（工业压铸仅可实现2.5 mm纯非晶）。实验室制备样品断裂韧性可达139 MPa⋅m1/2，工业压铸样品断裂韧性可达60 MPa⋅m1/2。商用 Vit‑106提升约50%，同时拥有19.5%的大压缩塑性。团队利用该合金压铸制备折叠手机铰链、谐波减速器柔轮等无缺陷复杂构件，推动高性能块体非晶合金从实验室走向工业实际应用。
在《Advanced Science》工作中，团队提出利用超低外磁场提升软磁非晶合金丝电解水催化性能的新策略。仅施加100 Oe 的极低磁场（比传统晶态磁性催化剂所需磁场低两个数量级），即可显著提升Ni基、Fe基、Co基非晶合金丝的析氧反应（OER）活性。其中Ni40Fe40P20非晶合金丝在磁场调控下实现优异全解水性能，1000 mA cm-2 工业级大电流密度下槽电压仅1.51 V。结合原位拉曼、DFT 理论计算与磁力显微镜表征揭示机理：非晶合金丝表面特有的环向周期性磁畴结构诱导自旋极化，提升轨道杂化与净自旋密度，加速OER反应动力学。该工作为无序非晶态催化材料提供了磁场调控性能的全新技术路线。
上述系列工作打通非晶合金从拓扑结构设计‑工业制备成型‑电解水制氢性能的完整研究链条，既面向绿氢能源的电催化应用，又面向高端装备的结构材料需求。非晶合金原子长程无序的独特特征，赋予其结构与功能上巨大的挖掘潜力，后续团队将继续围绕非晶材料的外场调控、多尺度制造开展研究，进一步推动非晶合金在能源、先进制造领域的落地。
论文信息：
1.Topology‑engineered metallic glass metamaterial‑supported NiMo nanoglass catalysts for ultra‑efficient water splitting, National Science Review, 2026. Doi: doi.org/10.1093/nsr/nwag442
2.Development of a Zr‑based bulk metallic glass with excellent industrial producibility and high fracture toughness, Acta Materialia, 2026. Doi: doi.org/10.1016/j.actamat.2026.122744
3.Magnetically Boosted Water‑Splitting Performance in Metallic Glasses, Advanced Science, 2026. Doi: doi.org/10.1002/advs.75877
撰写：裴超群
排版：陈仕发
一审一校：裴超群
二审二校：马将
三审三校：郑纯
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