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  在高壓、高氧含量的極端環境中，金屬的腐蝕速率將被提高兩個數量級以上，目前缺乏較好的防護措施，因此制備適用于極端氧環境的功能防腐涂層充滿挑戰。水性防腐涂料由于綠色環保、含揮發性有機化合物（VOCs）少，對環境友好，對人體無害，因此受到越來越多的關注。然而，目前水性防腐涂料中殘留的親水基團和表面活性劑會形成極性通道，有利于腐蝕介質的滲透，導致涂層對腐蝕性介質的屏蔽能力較差，尤其是在高壓氧腐蝕環境中。

  基于上述研發需求，天津大學汪懷遠教授團隊通過經濟高效的方法制備了功能化納米材料改性分散石墨烯（Gr），可使石墨烯在水中穩定分散90天以上，解決了石墨烯水分散和兼容性問題。此外自主設計了一種旋涂取向法，可使功能化石墨烯N-CQDs@Gr在水性涂層中平行于金屬基板表面排布。這種涂層結構不僅抑制了石墨烯因團聚和導電引發的金屬微電偶腐蝕，而且最大化了石墨烯的阻隔性能。

圖1 (a) N-CQDs、(b) N-CQDs@Gr粒子以及 (c) N-CQDs@Gr涂層的制備示意圖。

圖2 (a1, a2) WEP、(b1, b2) Gr/WEP、(c1, c2) N-CQDs/WEP和 (d1, d2) N-CQDs@Gr/WEP涂層的SEM截面圖。

  電化學測試表明，在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡90天后，水性功能涂層的阻抗值比WEP水性涂層高2個數量級左右，并且浸泡260天后水性功能涂層的阻抗值仍保持在10⁹ ohm cm² 以上，尤其在3 MPa 純O₂和3.5 wt.% NaCl溶液耦合的苛刻環境中浸泡10天后，水性功能涂層的阻抗值仍保持在10¹⁰ ohm cm² 以上，比WEP水性涂層高將近3個數量級。研究揭示了功能納米材料對涂層防腐能力提升的作用機理。此工作為水性涂料的高性能化和功能化發展提供了新思路、新材料及其制備方法。

圖3 (a) 在3.5 wt.% NaCl溶液中，不同涂層的|Z| _{0.01 Hz}變化，(b) N-CQDs@Gr/WEP涂層在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡260天后EIS圖，(c) 在3 MPa 純O₂和3.5 wt.% NaCl溶液耦合的苛刻環境中浸泡10天前后不同涂層的阻抗圖。

圖4 (a) WEP，(b) Gr/WEP，(c) N-CQDs/WEP，(d) N-CQDs@Gr/WEP涂層的保護機制，(d2) 是 (d1) 的局部放大圖。

  上述研究成果發表在國際權威期刊Chemical Engineering Journal上，論文的第一作者為天津大學化工學院碩士生王宵，通訊作者為天津大學化工學院汪懷遠教授。

  原文鏈接：

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472104732X

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133156