海洋所在新型多功能水性環(huán)氧防腐涂層研究方面取得重要進(jìn)展
近日,海洋環(huán)境腐蝕與生物污損實(shí)驗(yàn)室、海洋關(guān)鍵材料全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室侯保榮院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)衢州研究院,在海洋防腐涂層領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。研究人員通過界面工程策略,將石墨烯量子點(diǎn)(GQD)與二維MXene超薄納米片構(gòu)筑成異質(zhì)結(jié)構(gòu),并作為多功能填料引入水性環(huán)氧涂層,顯著提升了水性環(huán)氧涂層在苛刻環(huán)境下的防腐性能,相關(guān)成果發(fā)表于腐蝕領(lǐng)域國際期刊Corrosion Science。
海洋環(huán)境是最苛刻的自然腐蝕環(huán)境和工業(yè)環(huán)境,嚴(yán)重威脅船舶、海洋平臺及沿?;A(chǔ)設(shè)施的服役安全。2024年我國腐蝕成本超4萬億元,海洋腐蝕約占三分之一。水性環(huán)氧涂層憑借低揮發(fā)性有機(jī)物排放、附著力強(qiáng)等特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于金屬防腐、核設(shè)施防護(hù)及艦船內(nèi)艙甲板等場景。水性環(huán)氧涂層在固化過程中易形成微孔與微裂紋,水分子、氯離子和氧氣等腐蝕介質(zhì)得以沿缺陷通道滲透至金屬基底,引發(fā)涂層過早失效。MXene、石墨烯等二維材料已被廣泛用于強(qiáng)化防腐涂層,但單一材料普遍面臨片層堆疊團(tuán)聚、分散性差,以及導(dǎo)電性過高誘發(fā)電偶腐蝕等固有缺陷,如何實(shí)現(xiàn)多組分協(xié)同增強(qiáng)仍是該領(lǐng)域亟待突破的核心難題。
針對上述核心難題與需求,研究人員將零維GQDs原位錨定在二維MXene納米片表面,形成GQDs@MXene異質(zhì)結(jié)構(gòu),并利用二者之間的強(qiáng)界面相互作用,構(gòu)建了具有多級協(xié)同效應(yīng)的復(fù)合填料體系。該界面形成的強(qiáng)耦合化學(xué)鍵(Ti-O-C)不僅優(yōu)化了異質(zhì)結(jié)的電子結(jié)構(gòu)分布,且有效抑制了MXene在水性體系中的本征氧化失活問題,解決了單一MXene填料長期穩(wěn)定性不足的瓶頸。

圖1?GQD/MXene/EP防腐水性涂層體系分子動力學(xué)模擬
在防腐機(jī)制層面,高長徑比的MXene片層在涂層基體中形成迂曲的“迷宮效應(yīng)”物理屏障,大幅延長了腐蝕介質(zhì)的擴(kuò)散路徑;與此同時,GQDs提供的豐富含氧官能團(tuán)可化學(xué)吸附并中和滲入涂層的氯離子,從化學(xué)層面延緩基底腐蝕的萌生,實(shí)現(xiàn)了物理與化學(xué)雙重防護(hù)的有機(jī)耦合,賦予GQD/MXene/EP防腐水性涂層優(yōu)異的長效屏障性能。

圖2?石墨烯量子點(diǎn)與二維MXene超薄納米片構(gòu)筑的異質(zhì)結(jié)構(gòu)顯著提升了水性環(huán)氧涂層在海洋環(huán)境下的防腐性能
以上成果為發(fā)展下一代低添加量、高耐久、綠色環(huán)保的重防腐涂層提供了全新的材料設(shè)計平臺與理論依據(jù),在船舶與海洋工程、油氣管道、軌道交通及基礎(chǔ)設(shè)施防護(hù)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生胡釗,通訊作者為中國科學(xué)院海洋研究所侯保榮院士、張瑞永研究員及浙江大學(xué)衢州研究院彭顯云副研究員。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
論文信息:
Zhao Hu, Ruiyong Zhang*, Xianyun Peng*, Jizhou Duan, Liwei Hou, Baorong Hou*. Interface engineering of graphene quantum dot and MXene heterostructures for synergistic corrosion protection of waterborne epoxy coatings. Corrosion Science 2026, 267, 113865.
https://doi.org/10.1016/j.corsci.2026.113865
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