江苏科技大学郭峰/施伟龙 POC：聚苯胺/石墨相氮化碳复合涂层实现高效防腐及防污性能

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腐蚀和生物污染是海洋设备服务面临的巨大挑战。对于为海洋环境提供服务的基础设施和工业设施来说，腐蚀是一个严重甚至难以管理的问题，特别是船舶和海上平台的腐蚀。其次，附着在金属基底上的生物污染物会加速金属材料的腐蚀，称为微生物影响腐蚀(MIC)。因此，为了应对生物污染和腐蚀对金属材料劣化的协同作用，迫切需要一种同时具有防污和防腐性能的智能涂料，以确保海洋工程和船舶使用的安全性和可靠性，从而减少重大灾害的发生，并延长海洋基础结构的使用寿命。有机涂层是保护金属免受腐蚀的首选技术，而环氧树脂（EP）涂层因其显著的化学惰性、电隔离性和强粘附性而被广泛应用于海洋环境的抗腐蚀研究中。EP涂层提供了物理屏障效应，以保护金属免受腐蚀，但固化过程中溶剂蒸发造成的微孔和缺陷使涂层无法提供长期保护。在聚合物树脂中引入二维（2D）材料是目前提高涂层样品耐腐蚀性的可行策略。在二维纳米填料中，聚合物氮化碳（CN）是一个有前途的抗腐蚀候选材料，因为它易于制造，成本低廉，无毒性，而且稳定性突出。此外，由于CN的半导体性质，它在光照下可以产生电子孔对，与涂层表面吸附的H₂O和O₂接触产生活性氧和氧物种，它可以氧化微生物，这表明CN基填料在开发防腐和防生物污损方面有很大潜力。聚苯胺（PANI）凭借其结构的正电势，PANI可以与藻类细胞壁的负电荷相互作用，破坏细胞壁结构，防止其粘附在含有PANI的复合涂层的表面。

近日，江苏科技大学郭峰/施伟龙副教授课题组在《Progress in Organic Coatings》期刊上发表了题为Achieving superior anticorrosion and antibiofouling performance of polyaniline/graphitic carbon nitride composite coating的文章。报告了一种具有优异的防腐和抗生物污染的聚苯胺/石墨氮化碳复合涂层用于海洋常用钢Q235碳钢研究。

图1 PANI@CN/EP复合涂层的制备方法

图2. PANI@CN复合物的基本表征：（a, b）TEM，（c）XRD光谱，（d）Raman光谱，（e）C1s谱，（f）C1s谱。

图3. PANI@CN/EP复合涂层的抗腐蚀性能测试:（a, b）OCP，（c）Tafel，（d）Tafel拟合参数，（d, e, f）浸泡1天的阻抗图谱，（g, h, i）浸泡60天的阻抗图谱。

图4. 72小时的盐雾测试结果

图5. 涂层抗生物污损性能测试

图6. 涂层抗腐蚀抗生物污损机理

当阳光照射在PANI@CN/EP涂层的表面时，涂层中的PANI@CN可以被激发，产生大量的光生电子-空穴对。部分光诱导的电子会聚在碳钢基材的表面，形成阴极保护，从而提高涂层的耐腐蚀性。此外，分散在涂层中的PANI@CN可以延长腐蚀离子穿透涂层的路径，提供一定的物理屏蔽作用，增加涂层的耐腐蚀性。同时，光诱导的电子和空穴对可以结合H₂O和O₂形成活性物质（·OH和·O₂^-），对海水中游离的藻类物质有一定的灭活作用，防止藻类（P. globose和S. costatum）的附着，这对进一步提高防腐效果也起到了积极作用。

文章第一作者为江苏科技大学能源与动力学院郭峰副教授，通讯作者为施伟龙副教授与杨兴林教授。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107512

作者简介

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郭峰，2018年博士毕业于长安大学市政工程，现任江苏科技大学副教授，硕士生导师，中国感光学会光催化专业委员会会员，江苏省环境科学学会会员, 新加坡维泽专家库（VE）材料科学专家委员会会员。长安大学市政工程专业博士毕业，获工学博士学位。主要从事g-C3N4基复合光催化材料的设计、构筑以及光催化性能等方面的研究工作。主持国家自然科学基金项目，江苏省青年基金项目，江苏省“青蓝工程”优秀骨干教师人才项目，校级深蓝杰出人才项目等10余项。近年来，共计以第一作者或通讯作者发表90篇SCI收录论文，其中一区SCI论文44篇（影响因子≥10的 15篇），二区论文17篇，ESI高被引论文26篇，ESI热点论文5篇，1篇获得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳论文，荣获国际学术奖“最佳研究者”奖，H-index 43，国家授权发明专利3项。荣获镇江市“出彩教育人”、校“优秀教师”、本创“优秀指导教师”、省级竞赛“优秀指导教师”等称号，相关工作发表在《Applied Catalysis B: Environmental》、《Chemical Engineering Journal》、《Journal of Hazardous Materials》、《Applied Surface Science》、《Journal of Alloys and compounds》、《Separation and Purification Technology》等高水平杂志。此外，担任《Frontiers in Chemistry》客座主编以及《Journal of Hazardous Materials》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Separation and Purification Technology》等十余个国际期刊审稿人。

施伟龙，华中科技大学博士，郑州大学博士后，现任江苏科技大学副教授，硕士生导师，中国感光学会光催化专业委员会会员，江苏省复合材料学会会员，江苏省环境科学学会会员，江苏省材料学会会员。主要从事碳基（碳点、氮化碳）复合光催化材料的设计、构筑以及光催化性能（降解、分解水制氢、防腐及海水淡化）等方面的研究工作。相关工作发表在Appl. Catal. B: Environ., Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Interface, J. Mater. Chem A/B，Renew. Energy, Comp. Part B, J. Hazard. Mater., Sep. Purif. Technol., Inorg. Chem. Front., Appl. Surf. Sci.,等高水平杂志。截止目前，共计以第一作者或通讯作者发表93篇SCI收录论文，其中一区SCI论文44篇（影响因子≥10的15篇），二区论文26篇，ESI高被引论文30篇，ESI热点论文12篇，1篇获得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳论文，H-index 46。受理发明专利2项。荣获国际复合材料“最佳研究者”奖，入选2022年全球前2%顶尖科学家榜单（World’s Top 2% Scientists 2022）、现主持国家自然科学基金青年、江苏省“双创博士”、“科技副总”人才项目、河南省博士后科研项目启动资助、河北省水资源可持续利用与开发实验室开发基金、江苏省产学研项目等10余项。此外，担任《Frontiers in Chemistry》、《Catalysts》杂志客座主编、《Photocatalysis and Photochemistry》杂志青年编委、《当代化工研究》期刊编委以及《Applied Catalysis B: Environmental》、《ACS Catalysis》、《Journal of Hazardous Materials》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Separation and Purification Technology》等十余个国际Top期刊审稿人。

杨兴林，男，工学博士，教授，硕士研究生导师；中国造船工程学会轮机委员会柴油机分会副主任委员，江苏科技大学船舶与海洋工程江苏省 优势学科建设工程项目轮机设备与系统设计制造及性能优化方向带头人，《内燃机学报》、《江苏科技大学学报》、《江苏船舶》期刊编委。先后曾担任江苏科技大 学研究生部副主任，党委研究生工作部部长，船舶与海洋工程学院党委书记等职，多次荣获江苏省“优秀共产党员”、省“研究生教育管理先进工作者”、校“优秀教育工作者”、校“优秀共产党员”及校“三育人奖”等荣誉称号。年来在《中国造船》、《内燃机学报》、《机械科学与技术》、《船舶工程》等学术刊物上公开发表学术论文50余篇；先后主持与参与了近30项科研课题的研究，获省部级以上科技进步三等奖3项，机械工业学会三等奖1项，江苏省镇江市科技进步一等奖1项，江苏科技大学教学成果二等奖1项，高教研究成果三等奖1 项；先后完成项目科研经费六百多万元。目前承担有《船舶新型空调制冷系统》、《无油泵制冷压缩机研发》、《气密装置漏气规律研究》国防重点型号攻关合同项目等6个课题的研究与开发。

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