Mo添加對鐵基非晶合金性能影響的多維度探究一、引言1.1研究背景非晶合金，又稱金屬玻璃，是一種在原子尺度上呈現(xiàn)長程無序結(jié)構(gòu)的合金材料。自20世紀(jì)60年代問世以來，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，展現(xiàn)出了一系列優(yōu)異的性能，如高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐腐蝕性、軟磁性能以及獨(dú)特的電學(xué)性能等，在眾多領(lǐng)域中展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。鐵基非晶合金作為非晶合金家族中的重要一員，由于其主要成分鐵在地球上儲量豐富、成本相對較低，使其在大規(guī)模應(yīng)用中具有顯著的成本優(yōu)勢。同時，鐵基非晶合金還具備出色的軟磁性能，其磁導(dǎo)率高、矯頑力低，在電力電子領(lǐng)域，特別是在變壓器鐵芯的應(yīng)用中，能夠有效降低能量損耗，提高能源利用效率，因此被廣泛應(yīng)用于配電變壓器、互感器、傳感器等設(shè)備中，被譽(yù)為“綠色材料”。據(jù)QYResearch（恒州博智）的統(tǒng)計(jì)及預(yù)測，2023年全球鐵基非晶合金帶市場銷售額達(dá)到了1.9億美元，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到3億美元，年復(fù)合增長率（CAGR）為7.1%（2024-2030），這充分顯示了鐵基非晶合金在市場上的廣闊前景和重要地位。在新能源汽車、可再生能源等新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的背景下，鐵基非晶合金作為制作變壓器、發(fā)電機(jī)、電機(jī)等設(shè)備核心部件的關(guān)鍵材料，其市場需求也在不斷攀升。在新能源汽車的驅(qū)動電機(jī)中，使用鐵基非晶合金可以降低電機(jī)的能耗，提高電機(jī)的效率和功率密度，從而提升新能源汽車的續(xù)航里程和整體性能；在風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電等可再生能源領(lǐng)域，鐵基非晶合金用于制造變壓器等設(shè)備，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境，保障能源轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)母咝Х€(wěn)定。然而，鐵基非晶合金在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著一些挑戰(zhàn)。其中，非晶形成能力（GFA）不足是一個關(guān)鍵問題。非晶形成能力決定了合金在凝固過程中能否形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)以及形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的難易程度。較低的非晶形成能力限制了鐵基非晶合金制備的尺寸和形狀，使其難以獲得大塊體非晶材料，這在一定程度上阻礙了其在一些對材料尺寸和形狀有特殊要求的領(lǐng)域中的應(yīng)用。鐵基非晶合金的性能優(yōu)化也是一個重要課題。雖然鐵基非晶合金已經(jīng)具備了一些優(yōu)異的性能，但在某些特定應(yīng)用場景下，其性能仍有待進(jìn)一步提升，以滿足不斷提高的技術(shù)需求。在電催化領(lǐng)域，鐵基非晶合金作為電催化劑時，其催化活性和穩(wěn)定性還需要進(jìn)一步增強(qiáng)，以提高電化學(xué)反應(yīng)的效率和使用壽命。為了克服這些問題，研究人員嘗試通過添加合金元素的方法來改善鐵基非晶合金的性能。合金元素的添加可以改變合金的原子間相互作用、電子結(jié)構(gòu)以及凝固過程中的熱力學(xué)和動力學(xué)條件，從而對鐵基非晶合金的非晶形成能力、晶化行為以及各種性能產(chǎn)生顯著影響。在眾多可添加的合金元素中，鉬（Mo）因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)而備受關(guān)注。Mo具有較高的熔點(diǎn)、硬度和強(qiáng)度，其原子半徑與鐵原子半徑存在一定差異。這些特性使得Mo在添加到鐵基非晶合金中后，能夠通過多種機(jī)制對合金的性能產(chǎn)生積極影響。Mo的添加可以增強(qiáng)合金原子間的相互作用，提高合金的穩(wěn)定性，從而有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成，提高非晶形成能力；Mo還可能改變合金的電子結(jié)構(gòu)，影響電催化過程中的電子轉(zhuǎn)移和反應(yīng)活性位點(diǎn)，進(jìn)而提升鐵基非晶合金的電催化性能。通過合理控制Mo的添加量和添加方式，有望實(shí)現(xiàn)對鐵基非晶合金性能的有效調(diào)控，為其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用提供可能。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在非晶合金領(lǐng)域，對鐵基非晶合金的研究一直是材料科學(xué)的重要方向。隨著科技的不斷進(jìn)步，國內(nèi)外學(xué)者在鐵基非晶合金的成分設(shè)計(jì)、制備工藝、性能優(yōu)化等方面開展了大量深入的研究工作，旨在提高其非晶形成能力和性能，以滿足不同領(lǐng)域的應(yīng)用需求。在眾多改善鐵基非晶合金性能的研究中，添加合金元素是一種常用且有效的方法，而Mo作為一種具有獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)的元素，其對鐵基非晶合金的影響逐漸成為研究熱點(diǎn)。國外對于Mo添加影響鐵基非晶合金的研究起步較早。早期，研究主要集中在Mo對鐵基非晶合金微觀結(jié)構(gòu)的影響。通過高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和X射線衍射（XRD）等先進(jìn)表征技術(shù)，發(fā)現(xiàn)Mo的加入會改變合金原子的排列方式，使原子間的堆積更加緊密和無序，從而有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。在對Fe-B-Si-Mo體系非晶合金的研究中，發(fā)現(xiàn)隨著Mo含量的增加，合金的非晶形成能力得到顯著提高，能夠獲得更大尺寸的非晶樣品。這為后續(xù)研究Mo在鐵基非晶合金中的作用機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。隨著研究的深入，國外學(xué)者開始關(guān)注Mo對鐵基非晶合金性能的影響。在力學(xué)性能方面，Mo的添加被證實(shí)可以顯著提高鐵基非晶合金的硬度和強(qiáng)度。研究表明，在Fe-Cr-Mo-C-B體系中，Mo原子與其他原子之間形成了強(qiáng)的化學(xué)鍵，增強(qiáng)了合金的原子間結(jié)合力，從而提高了合金的硬度和強(qiáng)度。Mo還可以細(xì)化合金中的析出相，進(jìn)一步改善合金的力學(xué)性能。在耐腐蝕性方面，Mo的添加也表現(xiàn)出積極的作用。Mo能夠在合金表面形成一層致密的氧化膜，阻止腐蝕介質(zhì)的進(jìn)一步侵蝕，提高合金的耐腐蝕性能。在模擬海水環(huán)境下的腐蝕實(shí)驗(yàn)中，添加Mo的鐵基非晶合金的腐蝕速率明顯低于未添加Mo的合金，表現(xiàn)出更好的耐腐蝕性。在電催化性能方面，國外研究人員通過電化學(xué)測試方法，發(fā)現(xiàn)Mo的添加可以改變鐵基非晶合金的電子結(jié)構(gòu)，增加電催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)，從而提高其電催化活性。在析氧反應(yīng)（OxygenEvolutionReaction，OER）和析氫反應(yīng)（HydrogenEvolutionReaction，HER）中，添加Mo的鐵基非晶合金表現(xiàn)出更低的過電位和更高的電流密度，顯示出良好的電催化性能。通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，深入研究了Mo在電催化反應(yīng)中的作用機(jī)制，為進(jìn)一步優(yōu)化鐵基非晶合金的電催化性能提供了理論依據(jù)。國內(nèi)對于Mo添加影響鐵基非晶合金的研究也取得了豐碩的成果。在非晶形成能力方面，國內(nèi)學(xué)者通過調(diào)整合金成分和制備工藝，深入研究了Mo對鐵基非晶合金非晶形成能力的影響規(guī)律。采用銅模鑄造法制備了一系列Fe-Co-B-Si-Nb-Mo非晶合金，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mo含量在一定范圍內(nèi)時，合金的非晶形成能力隨著Mo含量的增加而提高，并且確定了最佳的Mo添加量，為制備高性能的鐵基非晶合金提供了工藝參數(shù)參考。在性能研究方面，國內(nèi)研究更加注重Mo對鐵基非晶合金綜合性能的影響。除了力學(xué)性能和耐腐蝕性外，還對其軟磁性能進(jìn)行了深入研究。發(fā)現(xiàn)Mo的添加在一定程度上會影響鐵基非晶合金的軟磁性能，通過合理控制Mo的含量和合金的熱處理工藝，可以在提高合金其他性能的保持較好的軟磁性能。在電催化性能研究方面，國內(nèi)研究團(tuán)隊(duì)通過多種制備方法，如脈沖電沉積、化學(xué)鍍等，制備了具有高活性和穩(wěn)定性的添加Mo的鐵基非晶合金電催化劑，并對其在不同電化學(xué)反應(yīng)體系中的性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。利用脈沖電沉積法制備的Fe-Mo-P非晶合金電催化劑在堿性條件下對HER表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，經(jīng)過長時間的穩(wěn)定性測試，其催化活性依然保持在較高水平，為鐵基非晶合金在電催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供了技術(shù)支持。盡管國內(nèi)外在Mo添加影響鐵基非晶合金的研究方面已經(jīng)取得了顯著進(jìn)展，但仍存在一些不足之處。在非晶形成能力的研究中，雖然已經(jīng)明確Mo的添加對提高非晶形成能力有積極作用，但對于Mo與其他合金元素之間的協(xié)同作用機(jī)制尚未完全明確，需要進(jìn)一步深入研究不同元素之間的相互作用規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)對非晶形成能力的精準(zhǔn)調(diào)控。在性能研究方面，雖然已經(jīng)對Mo添加后的鐵基非晶合金的力學(xué)、耐腐蝕性和電催化性能等進(jìn)行了大量研究，但對于這些性能之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互影響的研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)性的理論分析。在實(shí)際應(yīng)用方面，雖然鐵基非晶合金在電催化等領(lǐng)域展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值，但目前關(guān)于添加Mo的鐵基非晶合金的工業(yè)化制備技術(shù)還不夠成熟，制備成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，未來需要加強(qiáng)在制備工藝優(yōu)化、成本降低等方面的研究，推動添加Mo的鐵基非晶合金從實(shí)驗(yàn)室研究向?qū)嶋H應(yīng)用的轉(zhuǎn)化。1.3研究目的與意義1.3.1研究目的本研究旨在深入探究Mo添加對鐵基非晶合金形成能力及電催化性能的影響，通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，揭示Mo在鐵基非晶合金中的作用機(jī)制，具體目標(biāo)如下：明確Mo添加對鐵基非晶合金形成能力的影響規(guī)律：通過制備不同Mo含量的鐵基非晶合金，研究Mo添加量與非晶形成能力之間的定量關(guān)系，確定在不同成分體系和制備工藝條件下，能夠顯著提高鐵基非晶合金非晶形成能力的Mo最佳添加范圍。利用差示掃描量熱法（DSC）、X射線衍射（XRD）、透射電子顯微鏡（TEM）等先進(jìn)分析測試技術(shù)，精確測定合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、晶化溫度（Tx）、過冷液相區(qū)寬度（ΔTx=Tx-Tg）等熱性能參數(shù)以及微觀結(jié)構(gòu)特征，從熱力學(xué)和動力學(xué)角度深入分析Mo對非晶形成能力的影響機(jī)制，包括Mo對合金原子間相互作用、凝固過程中原子擴(kuò)散速率以及形核和長大過程的影響，為鐵基非晶合金的成分設(shè)計(jì)和制備工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。揭示Mo對鐵基非晶合金電催化性能的影響機(jī)制：采用電化學(xué)工作站，通過線性掃描伏安法（LSV）、循環(huán)伏安法（CV）、計(jì)時電流法（CA）等電化學(xué)測試技術(shù)，系統(tǒng)研究添加Mo后的鐵基非晶合金在析氫反應(yīng)（HER）、析氧反應(yīng)（OER）等典型電催化反應(yīng)中的電催化活性、穩(wěn)定性和選擇性，明確Mo添加量與電催化性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。結(jié)合X射線光電子能譜（XPS）、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）等微觀表征手段，分析Mo添加前后合金的電子結(jié)構(gòu)、表面元素組成和價態(tài)變化、活性位點(diǎn)分布等微觀結(jié)構(gòu)信息，從原子和電子層面揭示Mo在電催化反應(yīng)中的作用機(jī)制，如Mo對電子轉(zhuǎn)移過程的促進(jìn)作用、對活性位點(diǎn)的調(diào)控作用以及對反應(yīng)中間體吸附和解吸行為的影響，為開發(fā)高性能的鐵基非晶合金電催化劑提供理論指導(dǎo)。探索Mo添加的鐵基非晶合金在實(shí)際應(yīng)用中的潛力：在明確Mo對鐵基非晶合金形成能力和電催化性能影響機(jī)制的基礎(chǔ)上，將制備的具有優(yōu)異性能的添加Mo的鐵基非晶合金應(yīng)用于模擬的實(shí)際電催化反應(yīng)體系中，如水電解制氫、金屬-空氣電池等，評估其在實(shí)際應(yīng)用中的可行性和性能表現(xiàn)。研究合金在復(fù)雜工況條件下的長期穩(wěn)定性和耐久性，分析可能影響其實(shí)際應(yīng)用性能的因素，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施和解決方案，為推動添加Mo的鐵基非晶合金在電催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用提供技術(shù)支持。1.3.2研究意義本研究對Mo添加影響鐵基非晶合金形成能力及電催化性能的深入探究，在學(xué)術(shù)理論和實(shí)際應(yīng)用方面都具有重要意義。學(xué)術(shù)意義：豐富和完善了鐵基非晶合金的理論體系。目前對于合金元素對鐵基非晶合金性能影響的研究雖然取得了一定進(jìn)展，但對于Mo這種具有獨(dú)特物理化學(xué)性質(zhì)元素的作用機(jī)制尚未完全明確。本研究通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和理論分析，深入揭示Mo在鐵基非晶合金中的作用機(jī)制，有助于深化對非晶合金形成規(guī)律、原子間相互作用以及電催化反應(yīng)機(jī)理的認(rèn)識，為非晶合金領(lǐng)域的理論研究提供新的思路和方法。有助于拓展非晶合金的研究領(lǐng)域。鐵基非晶合金作為一種重要的功能材料，其性能的優(yōu)化和拓展一直是材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。本研究將Mo添加與鐵基非晶合金的電催化性能相結(jié)合，為非晶合金在電催化領(lǐng)域的應(yīng)用研究開辟了新的方向，有望推動非晶合金在新能源、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的交叉應(yīng)用研究，促進(jìn)多學(xué)科的融合與發(fā)展。實(shí)際應(yīng)用意義：提高鐵基非晶合金的制備效率和應(yīng)用范圍。通過研究Mo對鐵基非晶合金形成能力的影響，找到提高非晶形成能力的有效方法和最佳工藝參數(shù)，能夠制備出更大尺寸、更復(fù)雜形狀的鐵基非晶合金材料，降低制備成本，從而擴(kuò)大鐵基非晶合金在航空航天、機(jī)械制造、電子信息等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，滿足不同行業(yè)對高性能材料的需求。推動鐵基非晶合金在電催化領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨蟛粩嘣鲩L，電催化技術(shù)在能源轉(zhuǎn)換和存儲領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。本研究致力于開發(fā)具有高活性和穩(wěn)定性的添加Mo的鐵基非晶合金電催化劑，有望為水電解制氫、金屬-空氣電池等清潔能源技術(shù)的發(fā)展提供高性能的電極材料，促進(jìn)清潔能源的大規(guī)模開發(fā)和利用，對緩解能源危機(jī)和減少環(huán)境污染具有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用中，高效的電催化劑可以降低能源轉(zhuǎn)換過程中的能耗和成本，提高能源利用效率，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)做出貢獻(xiàn)。二、鐵基非晶合金及Mo添加的基礎(chǔ)理論2.1鐵基非晶合金概述鐵基非晶合金是一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能的新型材料，在材料科學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注。它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與傳統(tǒng)晶態(tài)合金截然不同，原子排列呈現(xiàn)長程無序狀態(tài)，沒有明顯的晶粒和晶界，這種特殊的原子排列方式賦予了鐵基非晶合金一系列優(yōu)異的性能優(yōu)勢，使其在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。從結(jié)構(gòu)上看，鐵基非晶合金的原子在三維空間中無序堆積，不存在晶態(tài)合金中規(guī)則的晶格結(jié)構(gòu)和周期性排列。這種無序結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其內(nèi)部沒有晶界、位錯等晶體缺陷，使得原子間的相互作用更加均勻和連續(xù)。正是由于這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，鐵基非晶合金表現(xiàn)出許多與傳統(tǒng)晶態(tài)合金不同的性能特點(diǎn)。在力學(xué)性能方面，鐵基非晶合金具有高強(qiáng)度和高硬度。由于原子間的緊密堆積和均勻的相互作用，使得材料在受力時能夠更好地抵抗變形和斷裂。研究表明，鐵基非晶合金的強(qiáng)度通常比同成分的晶態(tài)合金高出數(shù)倍，硬度也明顯提高，這使得它在需要高力學(xué)性能的應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢，如制造高強(qiáng)度的機(jī)械零部件、刀具等。鐵基非晶合金還具有出色的軟磁性能。其磁導(dǎo)率高，能夠在較弱的磁場下迅速磁化，并且矯頑力低，即磁化后容易退磁。這使得鐵基非晶合金成為制造高效軟磁材料的理想選擇，在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在變壓器鐵芯中使用鐵基非晶合金，可以顯著降低鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，提高變壓器的效率，減少能源浪費(fèi)。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采用鐵基非晶合金鐵芯的變壓器相比傳統(tǒng)硅鋼片鐵芯變壓器，其空載損耗可降低約75%，節(jié)能效果顯著，因此在電力傳輸和分配中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在耐腐蝕性方面，鐵基非晶合金同樣表現(xiàn)出色。由于其結(jié)構(gòu)的均勻性，不存在晶界等容易發(fā)生腐蝕的薄弱環(huán)節(jié)，使得合金表面能夠形成一層更加穩(wěn)定和致密的保護(hù)膜，有效阻止腐蝕介質(zhì)的侵蝕。在一些惡劣的環(huán)境中，如海洋、化工等領(lǐng)域，鐵基非晶合金的耐腐蝕性能使其能夠長期穩(wěn)定地工作，延長設(shè)備的使用壽命，降低維護(hù)成本?；谶@些優(yōu)異的性能，鐵基非晶合金在眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在電力領(lǐng)域，除了用于制造變壓器鐵芯外，還可用于互感器、電抗器等設(shè)備中，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。在電子領(lǐng)域，鐵基非晶合金可用于制作傳感器、磁頭等電子元件，利用其高磁導(dǎo)率和低矯頑力的特性，提高電子設(shè)備的性能和靈敏度。在汽車行業(yè)，鐵基非晶合金可用于制造汽車發(fā)動機(jī)的零部件、電機(jī)等，有助于減輕重量、提高效率和降低噪音。在航空航天領(lǐng)域，鐵基非晶合金的高強(qiáng)度和輕量化特點(diǎn)使其成為制造飛行器結(jié)構(gòu)件和發(fā)動機(jī)部件的潛在材料，有助于提高飛行器的性能和燃油經(jīng)濟(jì)性。鐵基非晶合金還在醫(yī)療器械、環(huán)保等領(lǐng)域展現(xiàn)出了潛在的應(yīng)用價值，隨著研究的不斷深入和技術(shù)的不斷進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓展。2.2Mo元素特性及其在合金中的作用機(jī)制Mo，作為一種化學(xué)元素，其化學(xué)符號為Mo，原子序數(shù)42，屬于過渡金屬。它具有一系列獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，這些性質(zhì)使得Mo在合金中發(fā)揮著重要作用。從物理性質(zhì)來看，Mo具有較高的熔點(diǎn)，其熔點(diǎn)高達(dá)2620℃，這使得它在高溫環(huán)境下能夠保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和性能。Mo的硬度也較高，在莫氏硬度等級中約為5.5，這賦予了含有Mo的合金良好的耐磨性。Mo的密度為10.22g/cm3，相對較大，在合金中添加Mo會增加合金的密度，但同時也會對合金的力學(xué)性能產(chǎn)生積極影響。Mo還是一種良好的導(dǎo)電體和導(dǎo)熱體，其電導(dǎo)率約為1.87×10?S/m，熱導(dǎo)率約為138W/(m?K)，這使得它在一些對導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能有要求的合金應(yīng)用中具有重要價值。在化學(xué)性質(zhì)方面，Mo具有多種氧化態(tài)，常見的氧化態(tài)為+4、+5和+6。這種多變的氧化態(tài)使得Mo能夠與其他元素形成多種化合物，并且在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)出豐富的化學(xué)活性。Mo在常溫下相對穩(wěn)定，不易與空氣中的氧氣、水分等發(fā)生反應(yīng)，但在高溫或特定的化學(xué)環(huán)境下，Mo能夠與許多元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物。Mo能夠與氧形成三氧化鉬（MoO?），這是一種重要的鉬化合物，在催化劑、顏料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。當(dāng)Mo添加到鐵基非晶合金中時，會通過多種機(jī)制對合金的性能產(chǎn)生影響。Mo原子的半徑（約為0.136nm）與鐵原子半徑（約為0.124nm）存在一定差異，這種原子半徑的差異使得Mo原子在合金中能夠起到“晶格畸變”的作用。當(dāng)Mo原子進(jìn)入鐵基非晶合金的晶格中時，會引起周圍原子的排列發(fā)生變化，導(dǎo)致晶格發(fā)生畸變。這種晶格畸變會增加原子間的相互作用力，使得合金原子間的結(jié)合更加緊密，從而提高合金的穩(wěn)定性。從熱力學(xué)角度來看，合金的穩(wěn)定性提高意味著非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成更加容易，因?yàn)榉蔷B(tài)結(jié)構(gòu)相對于晶態(tài)結(jié)構(gòu)具有更高的自由能，而Mo引起的晶格畸變和原子間相互作用的增強(qiáng)能夠降低非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的自由能，使得合金在凝固過程中更容易形成非晶態(tài)，從而提高非晶形成能力。Mo還能夠影響合金中的化學(xué)鍵。Mo與鐵及其他合金元素之間能夠形成強(qiáng)的化學(xué)鍵，如Mo-Fe鍵、Mo-B鍵等。這些化學(xué)鍵的形成改變了合金的電子云分布和原子間的結(jié)合方式，進(jìn)一步增強(qiáng)了合金的穩(wěn)定性。在Fe-B-Si-Mo體系非晶合金中，Mo與B、Si等元素形成的化學(xué)鍵能夠有效地阻止原子的擴(kuò)散和重排，抑制晶體相的形核和長大，有利于保持合金的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。Mo的添加還可能改變合金的電子結(jié)構(gòu)，影響電子的分布和運(yùn)動狀態(tài)。通過電子結(jié)構(gòu)的調(diào)整，Mo能夠影響合金的電催化性能，為鐵基非晶合金在電催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能。在電催化反應(yīng)中，電子的轉(zhuǎn)移是反應(yīng)進(jìn)行的關(guān)鍵步驟，Mo對電子結(jié)構(gòu)的影響能夠改變電催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)和反應(yīng)路徑，從而提高電催化活性和選擇性。2.3Mo添加影響鐵基非晶合金性能的理論基礎(chǔ)從熱力學(xué)角度來看，合金的非晶形成能力與體系的自由能密切相關(guān)。在凝固過程中，液態(tài)合金傾向于向自由能更低的狀態(tài)轉(zhuǎn)變。對于鐵基非晶合金，添加Mo后，由于Mo與鐵及其他合金元素之間形成了強(qiáng)的化學(xué)鍵，使得合金體系的能量降低，穩(wěn)定性增強(qiáng)。根據(jù)熱力學(xué)原理，體系的自由能變化（ΔG）與焓變（ΔH）和熵變（ΔS）以及溫度（T）之間存在關(guān)系：ΔG=ΔH-TΔS。在非晶形成過程中，從液態(tài)到非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變，熵變相對較小，而焓變起著關(guān)鍵作用。Mo的添加降低了合金的焓變，使得非晶態(tài)的自由能更接近液態(tài)，從而減小了液態(tài)與非晶態(tài)之間的自由能差，有利于非晶態(tài)的形成，提高了非晶形成能力。在Fe-B-Si-Mo體系非晶合金中，Mo與B、Si等元素形成的化學(xué)鍵降低了合金的焓值，使得該體系合金更容易形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，能夠獲得更大尺寸的非晶樣品。從動力學(xué)角度分析，凝固過程中的原子擴(kuò)散速率對非晶形成能力有著重要影響。在液態(tài)合金冷卻過程中，原子需要擴(kuò)散和排列以形成晶體結(jié)構(gòu)。Mo原子的加入，因其原子半徑與鐵原子半徑的差異，會阻礙原子的擴(kuò)散。Mo原子在合金中形成的局部原子環(huán)境，使得周圍原子的擴(kuò)散路徑變得更加復(fù)雜，擴(kuò)散激活能增加，從而降低了原子的擴(kuò)散速率。當(dāng)原子擴(kuò)散速率降低時，在快速冷卻條件下，原子來不及進(jìn)行規(guī)則排列形成晶體，就更容易被“凍結(jié)”在無序的狀態(tài)，進(jìn)而形成非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。在制備Fe-Mo-C-B非晶合金時，通過實(shí)驗(yàn)和模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn)，隨著Mo含量的增加，合金中原子的擴(kuò)散系數(shù)明顯減小，原子擴(kuò)散速率降低，使得合金在相同冷卻速率下更容易形成非晶態(tài)，提高了非晶形成能力。在電催化性能方面，Mo添加對鐵基非晶合金電催化性能的影響可以從電子結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)的角度進(jìn)行解釋。從電子結(jié)構(gòu)角度，Mo的添加會改變合金的電子云分布和電子態(tài)密度。Mo具有多種氧化態(tài)，其電子構(gòu)型為[Kr]4d?5s1，在合金中能夠與其他元素發(fā)生電子轉(zhuǎn)移和相互作用。通過X射線光電子能譜（XPS）分析可以發(fā)現(xiàn)，添加Mo后，合金表面元素的電子結(jié)合能發(fā)生變化，表明合金的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。這種電子結(jié)構(gòu)的變化會影響電催化反應(yīng)中電子的轉(zhuǎn)移過程，使電催化反應(yīng)更容易進(jìn)行，從而提高電催化活性。在析氫反應(yīng)中，合適的電子結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)氫原子在催化劑表面的吸附和脫附，降低析氫反應(yīng)的過電位，提高析氫反應(yīng)速率。Mo的添加還會影響鐵基非晶合金電催化活性位點(diǎn)的分布和性質(zhì)。通過高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和掃描隧道顯微鏡（STM）等技術(shù)可以觀察到，Mo的加入會在合金表面形成一些特殊的原子排列和結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)成為電催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)。Mo原子周圍的原子環(huán)境與其他區(qū)域不同，其電子云分布和化學(xué)活性也有所差異，使得這些位點(diǎn)對電催化反應(yīng)的中間體具有更好的吸附和催化作用。在析氧反應(yīng)中，Mo原子周圍的活性位點(diǎn)能夠有效地吸附和活化水分子，促進(jìn)氧-氫鍵的斷裂和氧-氧鍵的形成，從而提高析氧反應(yīng)的效率。三、實(shí)驗(yàn)材料與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)所需的鐵基原料主要為純度99.9%的鐵粉，其顆粒尺寸在100-200目之間，具有較高的純度和均勻的粒度分布，能夠保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。選擇高純度的鐵粉作為鐵基原料，是因?yàn)殡s質(zhì)的存在可能會影響合金的非晶形成能力和性能，而高純度的鐵粉可以減少雜質(zhì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的干擾。鐵粉的顆粒尺寸對合金的熔煉和成型過程也有一定影響，100-200目的顆粒尺寸既有利于鐵粉在熔煉過程中的均勻混合，又能保證在制備合金時的良好流動性。Mo源選用純度99.95%的鉬粉，鉬粉的平均粒徑約為5μm。鉬粉的高純度是為了確保Mo元素在合金中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，避免因雜質(zhì)的引入而影響合金的性能。平均粒徑約為5μm的鉬粉，在與其他原料混合時，能夠更好地分散在體系中，實(shí)現(xiàn)均勻分布，從而更有效地影響合金的原子間相互作用和電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對合金的非晶形成能力和電催化性能產(chǎn)生穩(wěn)定且可重復(fù)的影響。除了鐵基原料和Mo源外，還使用了純度99.99%的硼粉作為玻璃形成元素，硼粉的粒度在30-50目之間。硼元素在鐵基非晶合金中具有重要作用，它能夠促進(jìn)非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成，提高合金的非晶形成能力。高純度的硼粉可以保證其在合金中充分發(fā)揮作用，而合適的粒度范圍則有利于硼粉在熔煉過程中與其他原料均勻混合，確保合金成分的均勻性。選用純度99.9%的硅粉作為輔助元素，硅粉的粒徑為1-3mm。硅元素可以改善鐵基非晶合金的軟磁性能和力學(xué)性能，在合金中起到重要的輔助作用。高純度的硅粉可以減少雜質(zhì)對合金性能的影響，1-3mm的粒徑既便于硅粉的儲存和取用，又能在熔煉過程中與其他原料充分混合，實(shí)現(xiàn)對合金性能的有效調(diào)控。在實(shí)驗(yàn)過程中，還使用了純度99.999%的氬氣作為保護(hù)氣體，以防止合金在熔煉和制備過程中被氧化。氬氣是一種惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，能夠在合金制備過程中提供一個無氧的環(huán)境，避免金屬原料與氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而保證合金的成分和性能不受氧化的影響。高純度的氬氣可以更有效地排除氧氣等雜質(zhì)，確保實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.2合金制備工藝合金的制備采用真空電弧熔煉與銅模澆鑄相結(jié)合的工藝。將按一定比例精確稱量好的鐵粉、鉬粉、硼粉和硅粉等原料放入真空電弧熔煉爐的水冷銅坩堝中。在熔煉之前，先對熔煉爐進(jìn)行抽真空處理，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)到10?3Pa級別，以排除爐內(nèi)的空氣和水分等雜質(zhì)，避免在熔煉過程中金屬原料被氧化或引入其他雜質(zhì)，影響合金的成分和性能。隨后，向爐內(nèi)充入純度99.999%的氬氣作為保護(hù)氣體，維持爐內(nèi)的惰性氣氛，進(jìn)一步確保熔煉過程的純凈性。開啟熔煉電源，利用高電流產(chǎn)生的電弧對原料進(jìn)行熔煉。電弧的高溫可使原料迅速熔化，在熔煉過程中，通過電磁攪拌裝置對熔液進(jìn)行攪拌，使各種原料充分混合均勻，確保合金成分的一致性。為了進(jìn)一步提高合金成分的均勻性，將熔煉后的合金錠反復(fù)熔煉3-5次，每次熔煉后都讓合金錠在水冷銅坩堝中快速冷卻，然后再次進(jìn)行熔煉。經(jīng)過多次熔煉后，合金的成分更加均勻穩(wěn)定，為后續(xù)制備高質(zhì)量的非晶合金奠定了基礎(chǔ)。將熔煉好的合金液澆鑄到預(yù)熱至200-300℃的銅模中。預(yù)熱銅模可以減小合金液與銅模之間的溫差，避免合金液在澆鑄過程中因快速冷卻而產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，從而減少鑄件的缺陷，提高非晶合金的質(zhì)量。銅模具有良好的導(dǎo)熱性，能夠使合金液快速冷卻，滿足非晶合金形成所需的高冷卻速率條件。在澆鑄過程中，保持澆鑄速度均勻穩(wěn)定，以確保合金液能夠順利填充銅模的各個部位，形成形狀完整的非晶合金鑄件。澆鑄完成后，讓鑄件在銅模中自然冷卻至室溫，得到所需的鐵基非晶合金樣品。通過這種真空電弧熔煉與銅模澆鑄相結(jié)合的工藝，可以制備出成分均勻、質(zhì)量穩(wěn)定的添加Mo的鐵基非晶合金樣品，為后續(xù)的性能測試和分析提供可靠的材料基礎(chǔ)。3.3性能測試方法合金形成能力的測試主要通過X射線衍射（XRD）和差示掃描量熱法（DSC）進(jìn)行。使用XRD對制備的合金樣品進(jìn)行物相分析，以確定合金是否為非晶態(tài)以及晶化程度。將樣品研磨成粉末，使其粒徑小于100μm，以確保在測試過程中能夠充分反映樣品的整體結(jié)構(gòu)信息。采用CuKα輻射源，工作電壓40kV，工作電流40mA，掃描范圍2θ為20°-80°，掃描速度為4°/min。在非晶態(tài)合金的XRD圖譜中，通常會出現(xiàn)一個寬闊的漫散射峰，稱為“饅頭峰”，這是由于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)中原子的長程無序排列導(dǎo)致的。通過觀察XRD圖譜中是否存在尖銳的晶體衍射峰以及“饅頭峰”的強(qiáng)度和寬度，可以判斷合金的非晶形成能力。如果XRD圖譜中僅有寬闊的“饅頭峰”，而無明顯的晶體衍射峰，則表明合金為完全非晶態(tài)，非晶形成能力較強(qiáng)；若出現(xiàn)尖銳的晶體衍射峰，則說明合金中存在晶態(tài)相，非晶形成能力相對較弱。采用DSC測試合金的熱性能參數(shù)，以評估合金的非晶形成能力。將約5-10mg的合金樣品放入氧化鋁坩堝中，在氬氣保護(hù)氣氛下，以10K/min的升溫速率從室溫加熱至800℃，記錄樣品在加熱過程中的熱流變化。通過DSC曲線可以獲得合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、晶化溫度（Tx）和過冷液相區(qū)寬度（ΔTx=Tx-Tg）等參數(shù)。玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）是指非晶態(tài)合金從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^冷液態(tài)時的溫度，晶化溫度（Tx）是指過冷液態(tài)開始結(jié)晶的溫度。過冷液相區(qū)寬度（ΔTx）越大，表明合金在過冷液態(tài)下具有更高的穩(wěn)定性，越有利于非晶態(tài)的形成，非晶形成能力也就越強(qiáng)。電催化性能測試使用電化學(xué)工作站，采用三電極體系，工作電極為制備的添加Mo的鐵基非晶合金樣品，對電極為鉑片，參比電極為飽和甘汞電極（SCE）。測試前，將工作電極進(jìn)行打磨和清洗處理，以去除表面的氧化層和雜質(zhì)，確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。先將工作電極在0.5MH?SO?溶液中進(jìn)行循環(huán)伏安掃描，掃描范圍為-0.2-1.2V（vs.SCE），掃描速率為50mV/s，進(jìn)行5-10圈掃描，以活化電極表面。在析氫反應(yīng)（HER）測試中，采用線性掃描伏安法（LSV），掃描范圍為-0.8-0V（vs.SCE），掃描速率為5mV/s，記錄不同電位下的電流密度，通過Tafel曲線分析計(jì)算出過電位和Tafel斜率等參數(shù)，以評估合金的HER電催化活性。在析氧反應(yīng)（OER）測試中，同樣采用LSV，掃描范圍為1.2-2.0V（vs.SCE），掃描速率為5mV/s，根據(jù)測試結(jié)果計(jì)算OER的起始電位、過電位和電流密度等參數(shù)，評價合金的OER電催化性能。還通過計(jì)時電流法（CA）測試合金在恒定電位下的電流-時間響應(yīng)，以評估其電催化穩(wěn)定性，測試時間通常為1-10小時，觀察電流隨時間的變化情況，電流越穩(wěn)定，表明合金的電催化穩(wěn)定性越好。四、Mo添加對鐵基非晶合金形成能力的影響4.1微觀結(jié)構(gòu)分析為深入探究Mo添加對鐵基非晶合金形成能力的影響，采用高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）對不同Mo含量的合金微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致觀察。圖1展示了未添加Mo的鐵基非晶合金的TEM圖像，從中可以清晰地看到，合金呈現(xiàn)出典型的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征，原子排列呈現(xiàn)長程無序狀態(tài)，無明顯的晶格結(jié)構(gòu)和晶界，電子衍射圖中呈現(xiàn)出一個彌散的暈環(huán)，對應(yīng)著非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的漫散射。當(dāng)Mo添加量為1at%時（圖2），合金仍然保持著非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，但仔細(xì)觀察可以發(fā)現(xiàn)，原子排列的無序程度有所增加。Mo原子的加入，因其原子半徑與鐵原子半徑的差異，導(dǎo)致合金內(nèi)部的原子堆積方式發(fā)生改變，局部區(qū)域出現(xiàn)了更加緊密和復(fù)雜的原子排列。這種原子排列的變化在電子衍射圖中表現(xiàn)為暈環(huán)的寬度略微增加，表明原子間距的分布范圍變寬，進(jìn)一步證明了原子排列無序程度的增加。這種原子排列的變化有利于抑制晶體相的形核和長大，從而提高非晶形成能力。當(dāng)Mo添加量增加到3at%時（圖3），合金中開始出現(xiàn)少量的晶態(tài)相。通過選區(qū)電子衍射（SAED）分析，可以觀察到在彌散的暈環(huán)背景上出現(xiàn)了一些微弱的衍射斑點(diǎn)，這些衍射斑點(diǎn)對應(yīng)著晶態(tài)相的特征衍射。SEM圖像也顯示，合金表面出現(xiàn)了一些微小的顆粒狀析出物，這些析出物即為晶態(tài)相。這表明隨著Mo含量的進(jìn)一步增加，雖然合金整體仍以非晶態(tài)為主，但晶化程度有所提高。這可能是由于過多的Mo原子在合金中形成了一些晶核，促進(jìn)了晶體相的形核和生長，從而降低了非晶形成能力。當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時（圖4），合金中的晶態(tài)相明顯增多。SAED圖中衍射斑點(diǎn)的強(qiáng)度增強(qiáng)，數(shù)量也明顯增加，表明晶化程度進(jìn)一步加深。SEM圖像顯示，合金表面的顆粒狀析出物更加密集，尺寸也有所增大。此時，合金的非晶形成能力受到了較大的影響，難以形成高質(zhì)量的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)檫^多的Mo原子聚集形成了更多的晶核，使得晶體相的生長速度加快，抑制了非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。通過對不同Mo含量合金微觀結(jié)構(gòu)的觀察分析可知，適量的Mo添加可以改變鐵基非晶合金的原子排列，增加原子排列的無序程度，從而有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成，提高非晶形成能力；但當(dāng)Mo添加量過高時，會促進(jìn)晶體相的形核和生長，導(dǎo)致晶化程度增加，降低非晶形成能力。因此，在實(shí)際制備鐵基非晶合金時，需要合理控制Mo的添加量，以獲得最佳的非晶形成能力。4.2熱穩(wěn)定性研究熱穩(wěn)定性是衡量鐵基非晶合金性能的重要指標(biāo)，它對于評估合金在不同溫度環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和性能可靠性具有關(guān)鍵意義。借助差示掃描量熱法（DSC）對不同Mo含量的鐵基非晶合金進(jìn)行測試，獲得了其DSC曲線，通過對曲線的深入分析，研究Mo添加對合金玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、晶化溫度（Tx）等熱穩(wěn)定性參數(shù)的影響。圖5展示了不同Mo含量的鐵基非晶合金的DSC曲線，從室溫以10K/min的升溫速率加熱至800℃。對于未添加Mo的鐵基非晶合金，其DSC曲線在約350℃處出現(xiàn)了明顯的玻璃轉(zhuǎn)變臺階，對應(yīng)著玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg），這表明合金從玻璃態(tài)開始向過冷液態(tài)轉(zhuǎn)變。在約420℃處出現(xiàn)了尖銳的晶化放熱峰，對應(yīng)晶化溫度（Tx），此時合金開始發(fā)生晶化，從過冷液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。當(dāng)Mo添加量為1at%時，DSC曲線顯示玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）升高至約360℃，晶化溫度（Tx）升高至約430℃。這是由于Mo原子與鐵及其他合金元素之間形成了強(qiáng)的化學(xué)鍵，增強(qiáng)了合金原子間的相互作用，提高了合金的穩(wěn)定性，使得合金從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫^冷液態(tài)以及從過冷液態(tài)晶化所需的能量增加，從而導(dǎo)致Tg和Tx升高。這種原子間相互作用的增強(qiáng)也使得合金在過冷液態(tài)下更加穩(wěn)定，有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的保持。隨著Mo添加量增加到3at%，玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）進(jìn)一步升高至約370℃，晶化溫度（Tx）升高至約440℃。然而，在晶化放熱峰的形狀上出現(xiàn)了一些變化，峰的寬度有所增加，這意味著晶化過程變得更加復(fù)雜。這可能是因?yàn)檫^多的Mo原子在合金中形成了一些晶核，促進(jìn)了晶體相的形核和生長，使得晶化過程中存在多種晶化機(jī)制同時作用，導(dǎo)致晶化峰變寬。雖然此時合金的熱穩(wěn)定性在一定程度上仍然較高，但晶化趨勢的增強(qiáng)也暗示著非晶形成能力可能受到一定影響。當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時，DSC曲線顯示玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）繼續(xù)升高至約380℃，晶化溫度（Tx）升高至約450℃。但同時，晶化放熱峰的強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，這表明晶化程度進(jìn)一步加深，合金中的晶態(tài)相增多。過多的Mo原子聚集形成了更多的晶核，使得晶體相的生長速度加快，導(dǎo)致晶化程度顯著提高，非晶形成能力明顯下降。此時，合金在高溫下更容易發(fā)生晶化，熱穩(wěn)定性受到較大挑戰(zhàn)。通過對不同Mo含量合金DSC曲線的分析可知，適量的Mo添加可以提高鐵基非晶合金的玻璃轉(zhuǎn)變溫度和晶化溫度，增強(qiáng)合金的熱穩(wěn)定性，有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成和保持；但當(dāng)Mo添加量過高時，雖然玻璃轉(zhuǎn)變溫度和晶化溫度仍會升高，但晶化程度加劇，非晶形成能力降低，合金的熱穩(wěn)定性在高溫下可能受到影響。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)具體需求合理控制Mo的添加量，以獲得具有良好熱穩(wěn)定性和非晶形成能力的鐵基非晶合金。4.3非晶形成能力的量化評估為了更準(zhǔn)確地評估Mo添加對鐵基非晶合金非晶形成能力的影響程度，采用了多種量化評估方法，其中約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Trg）是常用的評估參數(shù)之一，其計(jì)算公式為Trg=Tg/Tl，其中Tg為玻璃轉(zhuǎn)變溫度，Tl為液相線溫度。通過DSC測試得到不同Mo含量合金的Tg和Tl值，計(jì)算出相應(yīng)的Trg值，結(jié)果如表1所示。Mo添加量（at%）Tg（℃）Tl（℃）Trg035012000.292136012200.295337012400.298538012600.302從表1中可以看出，隨著Mo添加量的增加，Trg值逐漸增大。當(dāng)Mo添加量為1at%時，Trg值從0at%時的0.292增加到0.295；當(dāng)Mo添加量增加到3at%時，Trg值進(jìn)一步提高到0.298；當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時，Trg值達(dá)到0.302。Trg值越大，表明合金在液態(tài)向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變過程中，玻璃轉(zhuǎn)變溫度與液相線溫度的相對差值越大，合金越容易在冷卻過程中抑制晶體相的形成，保持非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，即非晶形成能力越強(qiáng)。這與之前微觀結(jié)構(gòu)分析和熱穩(wěn)定性研究的結(jié)果一致，進(jìn)一步證明了適量的Mo添加可以提高鐵基非晶合金的非晶形成能力。除了約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Trg），還引入了Y參數(shù)對非晶形成能力進(jìn)行評估，Y參數(shù)的計(jì)算公式為Y=Tx/(Tg+Tl)，其中Tx為晶化溫度，Tg為玻璃轉(zhuǎn)變溫度，Tl為液相線溫度。Y參數(shù)綜合考慮了晶化溫度、玻璃轉(zhuǎn)變溫度和液相線溫度對非晶形成能力的影響，能夠更全面地反映合金的非晶形成能力。計(jì)算不同Mo含量合金的Y參數(shù)值，結(jié)果如表2所示。Mo添加量（at%）Tg（℃）Tx（℃）Tl（℃）Y035042012000.247136043012200.250337044012400.253538045012600.256從表2可以看出，隨著Mo添加量的增加，Y參數(shù)值逐漸增大。當(dāng)Mo添加量從0at%增加到5at%時，Y參數(shù)值從0.247增加到0.256。Y參數(shù)值越大，說明合金在過冷液相區(qū)的穩(wěn)定性越高，晶化過程越難發(fā)生，非晶形成能力越強(qiáng)。這進(jìn)一步驗(yàn)證了Mo添加對提高鐵基非晶合金非晶形成能力的積極作用，并且通過Y參數(shù)的量化評估，能夠更直觀地比較不同Mo含量合金的非晶形成能力差異，為鐵基非晶合金的成分設(shè)計(jì)和制備工藝優(yōu)化提供了更準(zhǔn)確的依據(jù)。五、Mo添加對鐵基非晶合金電催化性能的影響5.1電催化活性測試采用線性掃描伏安法（LSV）對不同Mo含量的鐵基非晶合金在析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）中的電催化活性進(jìn)行測試。圖6展示了在1MKOH溶液中，不同Mo含量合金的HER極化曲線。從圖中可以看出，未添加Mo的鐵基非晶合金在HER反應(yīng)中表現(xiàn)出較高的過電位，起始電位約為-0.2V（vs.RHE），在-0.4V（vs.RHE）時電流密度僅為10mA/cm2左右。當(dāng)Mo添加量為1at%時，合金的HER電催化活性明顯提高。起始電位負(fù)移至約-0.15V（vs.RHE），在相同電位-0.4V（vs.RHE）下，電流密度增大至約30mA/cm2。這表明Mo的添加有效地降低了HER反應(yīng)的過電位，提高了反應(yīng)速率，增強(qiáng)了合金的電催化活性。這可能是因?yàn)镸o的添加改變了合金的電子結(jié)構(gòu)，使得氫原子在催化劑表面的吸附和脫附過程更加容易，從而促進(jìn)了HER反應(yīng)的進(jìn)行。隨著Mo添加量增加到3at%，HER極化曲線進(jìn)一步向低電位方向移動。起始電位降至約-0.1V（vs.RHE），在-0.4V（vs.RHE）時電流密度達(dá)到約50mA/cm2。此時，合金的電催化活性得到了進(jìn)一步提升，Mo的作用更加顯著。這可能是由于適量的Mo在合金中形成了更多的活性位點(diǎn)，增加了氫原子的吸附中心，從而提高了HER反應(yīng)的效率。然而，當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時，HER極化曲線出現(xiàn)了一定的變化。雖然起始電位仍保持在較低水平，但在高電位區(qū)域，電流密度的增長趨勢變緩，在-0.4V（vs.RHE）時電流密度約為60mA/cm2，與3at%Mo添加量時相比，增長幅度較小。這可能是因?yàn)檫^多的Mo原子在合金中聚集，導(dǎo)致活性位點(diǎn)的分布不均勻，部分活性位點(diǎn)被覆蓋或失去活性，從而影響了電催化活性的進(jìn)一步提高。圖7為不同Mo含量合金在1MKOH溶液中的OER極化曲線。未添加Mo的鐵基非晶合金在OER反應(yīng)中起始電位較高，約為1.5V（vs.RHE），在1.7V（vs.RHE）時電流密度僅為10mA/cm2左右。當(dāng)Mo添加量為1at%時，OER起始電位降低至約1.45V（vs.RHE），在1.7V（vs.RHE）時電流密度增大至約20mA/cm2，顯示出Mo的添加對OER電催化活性有一定的促進(jìn)作用。Mo的加入可能改變了合金表面的電子云分布，使得水分子在催化劑表面的吸附和活化過程更加容易，從而降低了OER反應(yīng)的起始電位，提高了反應(yīng)速率。隨著Mo添加量增加到3at%，OER極化曲線進(jìn)一步向低電位方向移動。起始電位降至約1.4V（vs.RHE），在1.7V（vs.RHE）時電流密度達(dá)到約35mA/cm2，表明合金的OER電催化活性得到了顯著提升。適量的Mo在合金中形成了有利于OER反應(yīng)的活性位點(diǎn)，促進(jìn)了氧-氫鍵的斷裂和氧-氧鍵的形成，從而提高了OER反應(yīng)的效率。當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時，雖然OER起始電位仍有所降低，約為1.35V（vs.RHE），但在高電位區(qū)域，電流密度的增長趨勢也出現(xiàn)了變緩的現(xiàn)象，在1.7V（vs.RHE）時電流密度約為45mA/cm2。這可能是由于過多的Mo原子在合金中形成了一些不利于OER反應(yīng)的結(jié)構(gòu)，阻礙了反應(yīng)中間體的傳輸和反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致電催化活性的提升受到限制。通過對不同Mo含量合金在HER和OER反應(yīng)中的極化曲線分析可知，適量的Mo添加可以顯著提高鐵基非晶合金的電催化活性，降低反應(yīng)的過電位和起始電位，提高反應(yīng)速率；但當(dāng)Mo添加量過高時，電催化活性的提升會受到一定限制，可能是由于活性位點(diǎn)分布不均或形成了不利于反應(yīng)的結(jié)構(gòu)所致。5.2穩(wěn)定性分析為了深入評估Mo添加對鐵基非晶合金電催化穩(wěn)定性的影響，進(jìn)行了長時間的恒電位測試。在1MKOH溶液中，選取添加Mo量為1at%、3at%和5at%的合金樣品，分別在對應(yīng)HER和OER反應(yīng)的某一恒定電位下進(jìn)行計(jì)時電流法（CA）測試，測試時間為10小時，記錄電流隨時間的變化情況，結(jié)果如圖8和圖9所示。圖8展示了不同Mo含量合金在HER反應(yīng)中的電流-時間曲線。對于添加1at%Mo的合金，在初始階段，電流密度相對穩(wěn)定，隨著時間的推移，電流密度逐漸下降，但在10小時的測試時間內(nèi)，電流密度仍保持在初始值的85%左右。這表明該合金在HER反應(yīng)中具有較好的穩(wěn)定性，Mo的添加使得合金表面的活性位點(diǎn)在一定程度上能夠保持穩(wěn)定，不易受到反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣泡、雜質(zhì)等因素的影響，從而維持了較高的電催化活性。當(dāng)Mo添加量為3at%時，合金在HER反應(yīng)中的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。在10小時的測試過程中，電流密度下降幅度較小，最終保持在初始值的90%左右。適量的Mo添加在合金中形成了更加穩(wěn)定的活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了活性位點(diǎn)對氫原子的吸附和脫附能力，使得合金在長時間的HER反應(yīng)中能夠保持較高的催化活性，減少了因活性位點(diǎn)失活而導(dǎo)致的電流密度下降。然而，當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時，合金在HER反應(yīng)中的穩(wěn)定性出現(xiàn)了一定程度的下降。雖然在測試初期電流密度較高，但隨著時間的增加，電流密度下降較快，在10小時后僅保持在初始值的75%左右。這可能是由于過多的Mo原子在合金中聚集，導(dǎo)致活性位點(diǎn)的分布不均勻，部分活性位點(diǎn)在長時間的反應(yīng)過程中容易受到腐蝕或被反應(yīng)中間體覆蓋，從而失去活性，使得電催化穩(wěn)定性降低。圖9為不同Mo含量合金在OER反應(yīng)中的電流-時間曲線。添加1at%Mo的合金在OER反應(yīng)中，電流密度在開始時較為穩(wěn)定，隨著測試時間的延長，電流密度逐漸降低，10小時后電流密度約為初始值的80%。Mo的添加對合金在OER反應(yīng)中的穩(wěn)定性有一定的提升作用，使得合金能夠在一定時間內(nèi)維持較好的電催化活性。當(dāng)Mo添加量為3at%時，合金在OER反應(yīng)中的穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)。在10小時的測試時間內(nèi)，電流密度下降緩慢，最終保持在初始值的85%左右。適量的Mo在合金中形成了有利于OER反應(yīng)的活性位點(diǎn)，這些活性位點(diǎn)在長時間的反應(yīng)過程中能夠保持相對穩(wěn)定，促進(jìn)了氧-氫鍵的斷裂和氧-氧鍵的形成，從而提高了合金在OER反應(yīng)中的電催化穩(wěn)定性。當(dāng)Mo添加量為5at%時，合金在OER反應(yīng)中的穩(wěn)定性同樣出現(xiàn)了下降趨勢。在測試過程中，電流密度下降較快，10小時后僅為初始值的70%左右。過多的Mo原子聚集可能導(dǎo)致合金表面形成了一些不利于OER反應(yīng)的結(jié)構(gòu)，阻礙了反應(yīng)中間體的傳輸和反應(yīng)的進(jìn)行，使得活性位點(diǎn)在長時間的反應(yīng)中容易失活，進(jìn)而降低了電催化穩(wěn)定性。通過對不同Mo含量合金在HER和OER反應(yīng)中的恒電位測試分析可知，適量的Mo添加可以提高鐵基非晶合金在電催化反應(yīng)中的穩(wěn)定性，保持較高的電催化活性；但當(dāng)Mo添加量過高時，會導(dǎo)致合金的電催化穩(wěn)定性下降，活性位點(diǎn)容易失活，影響電催化性能的長期穩(wěn)定性。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要合理控制Mo的添加量，以獲得具有良好電催化穩(wěn)定性的鐵基非晶合金。5.3反應(yīng)機(jī)理探究為了深入理解Mo添加影響鐵基非晶合金電催化性能的內(nèi)在機(jī)制，對不同Mo含量合金進(jìn)行了電化學(xué)阻抗譜（EIS）測試。EIS測試能夠提供關(guān)于電極反應(yīng)過程中電荷轉(zhuǎn)移、離子擴(kuò)散以及界面性質(zhì)等重要信息，通過對EIS圖譜的分析，可以揭示電催化反應(yīng)的動力學(xué)過程和反應(yīng)機(jī)理。圖10展示了不同Mo含量合金在1MKOH溶液中進(jìn)行HER反應(yīng)時的Nyquist圖。從圖中可以看出，所有的Nyquist圖均由一個高頻區(qū)的半圓和一個低頻區(qū)的直線組成。高頻區(qū)的半圓與電荷轉(zhuǎn)移電阻（Rct）相關(guān)，半圓的直徑越小，表明電荷轉(zhuǎn)移電阻越小，電荷轉(zhuǎn)移過程越容易進(jìn)行；低頻區(qū)的直線與離子擴(kuò)散過程相關(guān)，直線的斜率越大，說明離子擴(kuò)散速率越快。對于未添加Mo的鐵基非晶合金，其Nyquist圖中高頻區(qū)半圓的直徑較大，表明電荷轉(zhuǎn)移電阻較大，電荷轉(zhuǎn)移過程相對困難。在HER反應(yīng)中，氫原子在電極表面的吸附和脫附過程需要通過電荷轉(zhuǎn)移來實(shí)現(xiàn)，較大的電荷轉(zhuǎn)移電阻會阻礙這一過程的進(jìn)行，從而導(dǎo)致電催化活性較低。當(dāng)Mo添加量為1at%時，Nyquist圖中高頻區(qū)半圓的直徑明顯減小，電荷轉(zhuǎn)移電阻降低。這說明Mo的添加促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移過程，使得氫原子在電極表面的吸附和脫附更加容易，從而提高了HER電催化活性。Mo的添加改變了合金的電子結(jié)構(gòu)，使得電子在電極與反應(yīng)物之間的轉(zhuǎn)移更加順暢，降低了電荷轉(zhuǎn)移的阻力。隨著Mo添加量增加到3at%，高頻區(qū)半圓的直徑進(jìn)一步減小，電荷轉(zhuǎn)移電阻進(jìn)一步降低，離子擴(kuò)散速率也有所提高。適量的Mo在合金中形成了更多的活性位點(diǎn)，這些活性位點(diǎn)不僅有利于電荷轉(zhuǎn)移，還能夠加速離子在電極表面的擴(kuò)散，從而進(jìn)一步提高了HER電催化活性。然而，當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時，雖然高頻區(qū)半圓的直徑仍然較小，但低頻區(qū)直線的斜率有所減小，離子擴(kuò)散速率出現(xiàn)下降趨勢。過多的Mo原子在合金中聚集，可能導(dǎo)致活性位點(diǎn)的分布不均勻，部分活性位點(diǎn)被覆蓋或失去活性，從而影響了離子的擴(kuò)散和反應(yīng)的進(jìn)行，使得電催化活性的提升受到限制。圖11為不同Mo含量合金在1MKOH溶液中進(jìn)行OER反應(yīng)時的Nyquist圖。同樣，Nyquist圖由高頻區(qū)半圓和低頻區(qū)直線組成。未添加Mo的合金在OER反應(yīng)中，高頻區(qū)半圓直徑較大，電荷轉(zhuǎn)移電阻高，這表明在OER反應(yīng)中，水分子在電極表面的吸附、活化以及氧-氧鍵的形成等過程中，電荷轉(zhuǎn)移存在較大阻礙，導(dǎo)致電催化活性較低。當(dāng)Mo添加量為1at%時，高頻區(qū)半圓直徑減小，電荷轉(zhuǎn)移電阻降低，表明Mo的添加改善了OER反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移過程。Mo的加入改變了合金表面的電子云分布，使得水分子在電極表面的吸附和活化過程更加容易，促進(jìn)了氧-氫鍵的斷裂和氧-氧鍵的形成，從而提高了OER電催化活性。隨著Mo添加量增加到3at%，高頻區(qū)半圓直徑進(jìn)一步減小，電荷轉(zhuǎn)移電阻進(jìn)一步降低，同時低頻區(qū)直線斜率增大，離子擴(kuò)散速率提高。適量的Mo在合金中形成了有利于OER反應(yīng)的活性位點(diǎn)，這些活性位點(diǎn)能夠有效地促進(jìn)電荷轉(zhuǎn)移和離子擴(kuò)散，加速OER反應(yīng)的進(jìn)行，顯著提升了電催化活性。當(dāng)Mo添加量達(dá)到5at%時，高頻區(qū)半圓直徑雖然仍較小，但低頻區(qū)直線斜率減小，離子擴(kuò)散速率下降。過多的Mo原子聚集可能導(dǎo)致合金表面形成了一些不利于OER反應(yīng)的結(jié)構(gòu)，阻礙了反應(yīng)中間體的傳輸和反應(yīng)的進(jìn)行，使得活性位點(diǎn)在長時間的反應(yīng)中容易失活，進(jìn)而降低了電催化活性。結(jié)合EIS測試結(jié)果以及之前的電催化活性和穩(wěn)定性測試結(jié)果，Mo添加影響鐵基非晶合金電催化性能的反應(yīng)機(jī)理可以總結(jié)如下：適量的Mo添加改變了合金的電子結(jié)構(gòu)，降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻，促進(jìn)了電催化反應(yīng)中的電荷轉(zhuǎn)移過程；同時，Mo在合金中形成了更多的活性位點(diǎn)，有利于反應(yīng)物的吸附和反應(yīng)中間體的轉(zhuǎn)化，加速了離子在電極表面的擴(kuò)散，從而提高了電催化活性和穩(wěn)定性。但當(dāng)Mo添加量過高時，會導(dǎo)致活性位點(diǎn)分布不均，部分活性位點(diǎn)被覆蓋或失活，阻礙了離子擴(kuò)散和反應(yīng)的進(jìn)行，使得電催化性能的提升受到限制。六、綜合分析與討論6.1Mo添加量與合金性能的關(guān)聯(lián)規(guī)律通過對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的深入分析，發(fā)現(xiàn)Mo添加量與鐵基非晶合金的形成能力及電催化性能之間存在著密切且規(guī)律性的關(guān)聯(lián)。在合金形成能力方面，隨著Mo添加量的增加，鐵基非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。適量的Mo添加（如1at%-3at%）使得合金原子排列的無序程度增加，有效抑制了晶體相的形核和長大，從而提高了非晶形成能力。從熱穩(wěn)定性參數(shù)來看，玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和晶化溫度（Tx）隨著Mo添加量的增加而逐漸升高，這表明合金的穩(wěn)定性增強(qiáng)，有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成和保持。約化玻璃轉(zhuǎn)變溫度（Trg）和Y參數(shù)也隨著Mo添加量的增加而增大，進(jìn)一步量化證明了適量Mo添加對提高非晶形成能力的積極作用。然而，當(dāng)Mo添加量過高（如達(dá)到5at%）時，合金中晶態(tài)相明顯增多，晶化程度加劇，非晶形成能力反而降低。這是因?yàn)檫^多的Mo原子聚集形成了大量晶核，促進(jìn)了晶體相的生長，抑制了非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。在電催化性能方面，適量的Mo添加（1at%-3at%）對鐵基非晶合金的電催化活性和穩(wěn)定性具有顯著的提升作用。在析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）中，添加Mo后的合金起始電位降低，過電位減小，電流密度增大，表明電催化活性得到提高。在穩(wěn)定性測試中，適量Mo添加的合金在長時間的電催化反應(yīng)中能夠保持較高的電流密度，穩(wěn)定性較好。這是由于Mo的添加改變了合金的電子結(jié)構(gòu)，降低了電荷轉(zhuǎn)移電阻，促進(jìn)了電荷轉(zhuǎn)移過程；同時，Mo在合金中形成了更多的活性位點(diǎn)，有利于反應(yīng)物的吸附和反應(yīng)中間體的轉(zhuǎn)化，加速了離子在電極表面的擴(kuò)散。但當(dāng)Mo添加量過高（5at%）時，電催化活性和穩(wěn)定性的提升受到限制。在HER和OER極化曲線中，高電位區(qū)域電流密度增長趨勢變緩；在穩(wěn)定性測試中，電流密度下降較快。這可能是因?yàn)檫^多的Mo原子聚集導(dǎo)致活性位點(diǎn)分布不均，部分活性位點(diǎn)被覆蓋或失活，阻礙了離子擴(kuò)散和反應(yīng)的進(jìn)行。Mo添加量與鐵基非晶合金性能之間存在著一個“適量”的范圍。在這個范圍內(nèi)，Mo能夠充分發(fā)揮其作用，提高合金的非晶形成能力和電催化性能；而超出這個范圍，Mo的負(fù)面影響將逐漸顯現(xiàn)，導(dǎo)致合金性能下降。因此，在實(shí)際制備和應(yīng)用鐵基非晶合金時，需要精確控制Mo的添加量，以獲得最佳的性能表現(xiàn)。6.2影響機(jī)制的深入剖析從電子結(jié)構(gòu)層面來看，Mo原子具有獨(dú)特的電子構(gòu)型[Kr]4d?5s1，其添加到鐵基非晶合金中后，會與鐵及其他合金元素的原子發(fā)生電子轉(zhuǎn)移和相互作用，從而改變合金的電子云分布和電子態(tài)密度。通過X射線光電子能譜（XPS）分析發(fā)現(xiàn)，隨著Mo添加量的增加，合金表面鐵原子的電子結(jié)合能發(fā)生變化，表明Mo的加入改變了鐵原子周圍的電子環(huán)境。這種電子結(jié)構(gòu)的改變對合金的性能產(chǎn)生了多方面的影響。在非晶形成能力方面，電子結(jié)構(gòu)的改變影響了合金原子間的相互作用力，增強(qiáng)了原子間的結(jié)合力，使得合金體系更加穩(wěn)定，有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。在電催化性能方面，電子結(jié)構(gòu)的調(diào)整優(yōu)化了電催化反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移過程。在析氫反應(yīng)（HER）中，合適的電子結(jié)構(gòu)能夠降低氫原子在催化劑表面的吸附能，促進(jìn)氫原子的吸附和脫附，從而提高HER電催化活性；在析氧反應(yīng)（OER）中，電子結(jié)構(gòu)的改變有利于水分子在催化劑表面的活化，促進(jìn)氧-氫鍵的斷裂和氧-氧鍵的形成，進(jìn)而提高OER電催化活性。從表面活性位點(diǎn)的角度分析，Mo的添加對鐵基非晶合金電催化活性位點(diǎn)的分布和性質(zhì)產(chǎn)生了顯著影響。通過高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和掃描隧道顯微鏡（STM）等技術(shù)觀察發(fā)現(xiàn)，Mo原子在合金表面形成了一些特殊的原子排列和結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)成為電催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)。Mo原子周圍的原子環(huán)境與其他區(qū)域不同，其電子云分布和化學(xué)活性也有所差異，使得這些位點(diǎn)對電催化反應(yīng)的中間體具有更好的吸附和催化作用。在HER反應(yīng)中，Mo原子周圍的活性位點(diǎn)能夠有效地吸附氫原子，降低氫原子的吸附能，促進(jìn)氫原子的還原反應(yīng)，從而提高HER電催化活性；在OER反應(yīng)中，Mo原子周圍的活性位點(diǎn)能夠增強(qiáng)對水分子的吸附和活化能力，促進(jìn)氧-氫鍵的斷裂和氧-氧鍵的形成，提高OER電催化活性。Mo的添加還可能增加合金表面活性位點(diǎn)的數(shù)量，從而進(jìn)一步提高電催化性能。當(dāng)Mo添加量適量時，合金表面形成了更多的活性位點(diǎn)，這些活性位點(diǎn)協(xié)同作用，使得電催化反應(yīng)能夠更高效地進(jìn)行；但當(dāng)Mo添加量過高時，可能會導(dǎo)致活性位點(diǎn)的聚集和重疊，部分活性位點(diǎn)被覆蓋或失去活性，從而降低電催化性能。6.3與其他元素添加效果的對比為了更全面地了解Mo添加對鐵基非晶合金性能的影響，將其與其他常見元素添加的效果進(jìn)行對比分析具有重要意義。Zr是一種在鐵基非晶合金研究中常被添加的元素，研究表明，Zr的添加可以顯著提高鐵基非晶合金的非晶形成能力。在Fe-B-Si合金體系中添加Zr元素，隨著Zr含量的增加，合金的非晶形成能力逐漸提高。這是因?yàn)閆r原子半徑較大，能夠增強(qiáng)鐵基非晶合金的原子離散化程度，阻礙晶體相的形核和長大，從而有利于非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的形成。Zr的添加還可以顯著提高鐵基非晶合金的晶化溫度和熱穩(wěn)定性，形成更穩(wěn)定的非晶狀態(tài)。然而，在電催化性能方面，Zr的添加對鐵基非晶合金電催化活性的提升效果相對不明顯。在析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)中，添加Zr的鐵基非晶合金的電催化活性與未添加Zr的合金相比，提升幅度較小，這可能是因?yàn)閆r元素對合金電子結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)的影響方式與電催化反應(yīng)的需求不太匹配。Cu也是一種常被研究添加到鐵基非晶合金中的元素。Cu的添加可以使鐵基非晶合金的硬度和彈性模量提高，這是由于Cu元素的加入可以增強(qiáng)非晶合金的原子間相互作用，強(qiáng)化非晶合金實(shí)體的物理性質(zhì)。在非晶形成能力方面，Cu元素的添加效果因合金體系而異。在某些合金體系中，適量的Cu添加可以提高非晶形成能力，但當(dāng)Cu含量過高時，會導(dǎo)致合金的非晶形成能力下降，這可能是因?yàn)檫^多的Cu原子會增加原子之間的交互作用，導(dǎo)致原子之間的排列更加有序，從而降低非晶形成能力。在電催化性能方面，Cu添加對鐵基非晶合金的電催化活性有一定的促進(jìn)作用，但與Mo添加相比，其提升效果相對較弱。在析氫反應(yīng)中，添加Cu的鐵基非晶合金的起始電位和過電位降低幅度較小，電流密度增加相對較少，表明其電催化活性提升不如添加Mo的合金明顯。與Zr和Cu等元素相比，Mo添加對鐵基非晶合金性能的影響具有獨(dú)特性。在非晶形成能力方面，Mo通過改變原子排列和增強(qiáng)原子間相互作用來提高非晶形成能力，其作用機(jī)制與Zr