上海電力大學Langmuir：電沉積法構建具有主動/被動防腐功能的BTA-MOF/SiO2復合涂層

金屬腐蝕問題遍及電力、交通、能源、工程等眾多領域，給國民經濟造成巨大損失，對重大工程帶來安全隱患。面向金屬表面高性能、穩定的防腐涂層關鍵性技術研究顯得尤為重要。綠色環保的防腐涂層可助力金屬延壽，有利于可持續發展。然而，僅依靠物理阻隔的被動防腐涂層難以滿足苛刻環境下金屬的長期服役需求。具有主動/被動防腐功能的涂層材料是實現金屬表面長效防護的理想選擇。

針對SiO₂被動防腐涂層存在的問題，引入緩蝕劑/金屬有機框架（MOF）填料，可顯著提高涂層的耐蝕性。苯并三唑（BTA）是一種緩蝕劑，可以在金屬表面形成保護膜，從而降低金屬的腐蝕速率。基于MOF大的比表面積、穩定的結構和良好的化學穩定性，將苯并三唑（BTA）緩蝕劑負載在MOF容器中，可實現緩蝕劑的響應釋放。基于涂層的物理阻隔和MOF中緩蝕劑的響應釋放，涂層可實現主動/被動保護功能，顯著提升SiO₂涂層的耐蝕性。

上海電力大學、上海市電力材料防護與新材料重點實驗室張俊喜教授、曹懷杰等近期在化學領域知名期刊《Langmuir》上發表“Eco-Friendly Sustainable and Responsive High-Performance Benzotriazole-Metal Organic Frameworks/Silica Composite Coating with Active/Passive Corrosion Protection on Copper”研究論文，提出了利用電沉積在銅表面構筑BTA-MOF/SiO₂復合涂層，實現主動/被動防腐功能。結合微觀結構、紫外吸收光譜、鹽霧試驗、化學組成及電化學分析，研究了pH和Cl^-濃度誘導BTA緩蝕劑的響應性釋放和涂層的主動/被動防護機制。

論文鏈接： https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.4c00328

在本研究中，將苯并三唑（BTA）-金屬有機骨架（Cu-MOFs，UiO-66）引入二氧化硅（SiO₂）涂層中，通過電沉積工藝在銅表面制備BTA-MOF/SiO₂復合涂層。BTA-MOF/SiO₂復合涂層呈現超疏水性，水接觸角為154.2°。隨著BTA負載在MOF中，緩蝕劑呈現出對pH和Cl的響應性釋放。高Cl^-濃度或酸性環境可加速BTA的釋放。物理阻隔和BTA緩蝕劑的響應性釋放賦予復合涂層主動/被動保護功能。在3.5wt.%NaCl溶液中浸泡40天后涂層仍呈現出穩定的耐腐蝕性。與二氧化硅涂層相比，BTA-MOF的引入顯著提高耐蝕性。這項工作提出了一種環保、可持續的策略構筑響應性防腐涂層，并將擴大MOF在金屬表面防護中的應用。

圖1 不同pH和Cl-濃度下BTA緩蝕劑的響應釋放

圖2 BTA-MOF/SiO₂復合涂層微觀結構及電化學分析

圖3浸泡實驗中不同涂層電化學參數的變化

圖4浸泡實驗后不同涂層的表面微觀形貌

圖5 電沉積法構筑BTA-MOF/SiO₂復合防腐涂層的優勢及與其他涂層的比較

圖6 BTA-MOF/SiO₂復合涂層的防護機制

總之，本文提出通過一種環保、可持續的一步電沉積工藝在銅上制備了具有響應性、主動/被動防腐功能的BTA-MOF/SiO₂復合涂層。涂層在3.5wt.% NaCl溶液中呈現出高耐蝕性。腐蝕電流密度降低至3.472×10^?9 A?cm^?2。耐蝕性的提高主要歸因于涂層的物理屏障和BTA緩蝕劑從MOF容器中釋放。這項工作為在金屬上構建具有主動/被動保護的響應性高性能防腐涂層開辟了一種新的思路。