腐蝕和生物污染是海洋設備服務面臨的巨大挑戰。對于為海洋環境提供服務的基礎設施和工業設施來說，腐蝕是一個嚴重甚至難以管理的問題，特別是船舶和海上平臺的腐蝕。其次，附著在金屬基底上的生物污染物會加速金屬材料的腐蝕，稱為微生物影響腐蝕(MIC)。因此，為了應對生物污染和腐蝕對金屬材料劣化的協同作用，迫切需要一種同時具有防污和防腐性能的智能涂料，以確保海洋工程和船舶使用的安全性和可靠性，從而減少重大災害的發生，并延長海洋基礎結構的使用壽命。有機涂層是保護金屬免受腐蝕的首選技術，而環氧樹脂（EP）涂層因其顯著的化學惰性、電隔離性和強粘附性而被廣泛應用于海洋環境的抗腐蝕研究中。EP涂層提供了物理屏障效應，以保護金屬免受腐蝕，但固化過程中溶劑蒸發造成的微孔和缺陷使涂層無法提供長期保護。在聚合物樹脂中引入二維（2D）材料是目前提高涂層樣品耐腐蝕性的可行策略。在二維納米填料中，聚合物氮化碳（CN）是一個有前途的抗腐蝕候選材料，因為它易于制造，成本低廉，無毒性，而且穩定性突出。此外，由于CN的半導體性質，它在光照下可以產生電子孔對，與涂層表面吸附的H2O和O2接觸產生活性氧和氧物種，它可以氧化微生物，這表明CN基填料在開發防腐和防生物污損方面有很大潛力。聚苯胺（PANI）憑借其結構的正電勢，PANI可以與藻類細胞壁的負電荷相互作用，破壞細胞壁結構，防止其粘附在含有PANI的復合涂層的表面。
圖1 PANI@CN/EP復合涂層的制備方法
圖2. PANI@CN復合物的基本表征：（a, b）TEM，（c）XRD光譜，（d）Raman光譜，（e）C1s譜，（f）C1s譜。
圖3. PANI@CN/EP復合涂層的抗腐蝕性能測試:（a, b）OCP，（c）Tafel，（d）Tafel擬合參數，（d, e, f）浸泡1天的阻抗圖譜，（g, h, i）浸泡60天的阻抗圖譜。
圖4. 72小時的鹽霧測試結果
圖5. 涂層抗生物污損性能測試
圖6. 涂層抗腐蝕抗生物污損機理
當陽光照射在PANI@CN/EP涂層的表面時，涂層中的PANI@CN可以被激發，產生大量的光生電子-空穴對。部分光誘導的電子會聚在碳鋼基材的表面，形成陰極保護，從而提高涂層的耐腐蝕性。此外，分散在涂層中的PANI@CN可以延長腐蝕離子穿透涂層的路徑，提供一定的物理屏蔽作用，增加涂層的耐腐蝕性。同時，光誘導的電子和空穴對可以結合H2O和O2形成活性物質（·OH和·O2-），對海水中游離的藻類物質有一定的滅活作用，防止藻類（P. globose和S. costatum）的附著，這對進一步提高防腐效果也起到了積極作用。
文章第一作者為江蘇科技大學能源與動力學院郭峰副教授，通訊作者為施偉龍副教授與楊興林教授。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107512
作者簡介
郭峰，2018年博士畢業于長安大學市政工程，現任江蘇科技大學副教授，碩士生導師，中國感光學會光催化專業委員會會員，江蘇省環境科學學會會員, 新加坡維澤專家庫（VE）材料科學專家委員會會員。長安大學市政工程專業博士畢業，獲工學博士學位。主要從事g-C3N4基復合光催化材料的設計、構筑以及光催化性能等方面的研究工作。主持國家自然科學基金項目，江蘇省青年基金項目，江蘇省“青藍工程”優秀骨干教師人才項目，校級深藍杰出人才項目等10余項。近年來，共計以第一作者或通訊作者發表90篇SCI收錄論文，其中一區SCI論文44篇（影響因子≥10的 15篇），二區論文17篇，ESI高被引論文26篇，ESI熱點論文5篇，1篇獲得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳論文，榮獲國際學術獎“最佳研究者”獎，H-index 43，國家授權發明專利3項。榮獲鎮江市“出彩教育人”、校“優秀教師”、本創“優秀指導教師”、省級競賽“優秀指導教師”等稱號，相關工作發表在《Applied Catalysis B: Environmental》、《Chemical Engineering Journal》、《Journal of Hazardous Materials》、《Applied Surface Science》、《Journal of Alloys and compounds》、《Separation and Purification Technology》等高水平雜志。此外，擔任《Frontiers in Chemistry》客座主編以及《Journal of Hazardous Materials》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Separation and Purification Technology》等十余個國際期刊審稿人。
施偉龍，華中科技大學博士，鄭州大學博士后，現任江蘇科技大學副教授，碩士生導師，中國感光學會光催化專業委員會會員，江蘇省復合材料學會會員，江蘇省環境科學學會會員，江蘇省材料學會會員。主要從事碳基（碳點、氮化碳）復合光催化材料的設計、構筑以及光催化性能（降解、分解水制氫、防腐及海水淡化）等方面的研究工作。相關工作發表在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.,等高水平雜志。截止目前，共計以第一作者或通訊作者發表93篇SCI收錄論文，其中一區SCI論文44篇（影響因子≥10的15篇），二區論文26篇，ESI高被引論文30篇，ESI熱點論文12篇，1篇獲得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳論文，H-index 46。受理發明專利2項。榮獲國際復合材料“最佳研究者”獎，入選2022年全球前2%頂尖科學家榜單（World’s Top 2% Scientists 2022）、現主持國家自然科學基金青年、江蘇省“雙創博士”、“科技副總”人才項目、河南省博士后科研項目啟動資助、河北省水資源可持續利用與開發實驗室開發基金、江蘇省產學研項目等10余項。此外，擔任《Frontiers in Chemistry》、《Catalysts》雜志客座主編、《Photocatalysis and Photochemistry》雜志青年編委、《當代化工研究》期刊編委以及《Applied Catalysis B: Environmental》、《ACS Catalysis》、《Journal of Hazardous Materials》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Separation and Purification Technology》等十余個國際Top期刊審稿人。
楊興林，男，工學博士，教授，碩士研究生導師；中國造船工程學會輪機委員會柴油機分會副主任委員，江蘇科技大學船舶與海洋工程江蘇省 優勢學科建設工程項目輪機設備與系統設計制造及性能優化方向帶頭人，《內燃機學報》、《江蘇科技大學學報》、《江蘇船舶》期刊編委。先后曾擔任江蘇科技大 學研究生部副主任，黨委研究生工作部部長，船舶與海洋工程學院黨委書記等職，多次榮獲江蘇省“優秀共產黨員”、省“研究生教育管理先進工作者”、校“優秀教育工作者”、校“優秀共產黨員”及校“三育人獎”等榮譽稱號。年來在《中國造船》、《內燃機學報》、《機械科學與技術》、《船舶工程》等學術刊物上公開發表學術論文50余篇；先后主持與參與了近30項科研課題的研究，獲省部級以上科技進步三等獎3項，機械工業學會三等獎1項，江蘇省鎮江市科技進步一等獎1項，江蘇科技大學教學成果二等獎1項，高教研究成果三等獎1 項；先后完成項目科研經費六百多萬元。目前承擔有《船舶新型空調制冷系統》、《無油泵制冷壓縮機研發》、《氣密裝置漏氣規律研究》國防重點型號攻關合同項目等6個課題的研究與開發。
