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  金屬腐蝕為工業(yè)生產(chǎn)帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。抑制金屬腐蝕的手段，包括陰極保護(hù)、陽極鈍化、緩蝕劑、表面涂層等受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。涂層防腐機(jī)理及長效耐蝕涂層技術(shù)亟待開發(fā)。近年來，越來越多的人使用具有鈍化功能的材料，如鉻酸鹽（Cr⁶⁺）和聚苯胺作為表面涂層的填料。這些改性填料在具備優(yōu)異阻隔性能的基礎(chǔ)上，還能使金屬基底的陽極反應(yīng)發(fā)生極化，而后在基底表面生成致密的鈍化膜（γ-Fe₂O₃）以阻礙金屬的進(jìn)一步腐蝕。然而，這些填料通常具有不同程度的毒性，并對環(huán)境造成污染。此外，在腐蝕介質(zhì)接觸襯底表面之前，陽極極化的影響并不明顯。也就是說，鈍化反應(yīng)通常發(fā)生在涂層的阻擋性能失效之后，這就導(dǎo)致鈍化膜的形成效率變差。因此，有必要探索一種更綠色、更高性能的填料，在腐蝕性介質(zhì)滲透涂層之前，該填料可以鈍化金屬基材。

圖1 “氧空位填料”的鈍化機(jī)理

圖4 高壓氧腐蝕后α-Fe₂O₃涂層和(2) OV-Fe₂O₃涂層的外觀與基板狀態(tài)，以及對基板表面的表征結(jié)果 (a) EIS；(b) SEM；(c) XPS；(d) SVET.

  在這項工作中，利用溶劑合成方法和低溫煅燒成功制備表面富含氧空位的α-Fe₂O₃納米材料，并將其作為填料添加進(jìn)環(huán)氧樹脂中形成致密的涂層。在其他腐蝕性介質(zhì)穿透涂層之前，氧氣分子可以被氧空位拆解為氧原子并依靠氧濃度梯度迅速向下傳輸，優(yōu)先轉(zhuǎn)移到碳鋼表面。這一過程增加了OV-Fe₂O₃涂層和基底之間界面處的氧濃度,而氧濃度的增加可以促進(jìn)金屬陽極反應(yīng)從活性溶解（(Fe → Fe²⁺ + 2e^-）向鈍化（3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 8H⁺ + 8e^- or 2Fe + 3H₂O → γ-Fe₂O₃ + 6H⁺ + 6e^-）過渡。作為鈍化產(chǎn)物的γ--Fe₂O₃晶體結(jié)構(gòu)致密，可以緊密排列形成防止腐蝕性介質(zhì)進(jìn)一步入侵的鈍化膜。由于涂層-金屬基板界面是缺氧環(huán)境，儲存在OV-Fe₂O₃空位中的氧原子可以將向基材擴(kuò)散。此外，由于氧濃度梯度的存在，OV-Fe₂O₃填料可以源源不斷地從涂層表面捕捉氧氣并儲存起來。這一工作有望為制備高鈍化性能的防腐涂料提供新思路，以及拓寬氧空位材料的應(yīng)用領(lǐng)域，促進(jìn)多領(lǐng)域跨學(xué)科交叉融合發(fā)展。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2023.111045