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北工商樊保民/北化徐斌教授《ASS》:巨型對離子(MXene)摻雜構建持久電活性囊泡型聚吡咯防護涂層
2023-10-16  來源:高分子科技

  1977年,導電聚合物的發現打破了塑料不導電的傳統觀念,其被廣泛應用于生物傳感器、能量儲存與轉換、電磁屏蔽、導電織物和腐蝕防護等方面。聚吡咯(PPy)作為最具代表性的導電聚合物之一,可以直接通過電化學方法(電聚合)制備,用作防護涂層時可通過物理屏蔽以及與電活性相關的陽極保護效應。然而,電聚合產物的本征多孔結構、粘附力差以及電活性衰減迅速等因素直接限制作為涂層材料的實際價值。因此,有必要采用適當措施減少電聚合涂層固有缺陷和并提升電活性以長效發揮防護效應。


  鑒于此,本團隊在前期構建的十二烷基硫酸鈉(SDS)長效穩定Ti3C2Tx-MXene膠體溶液的基礎上(Adv. Sci., 2023, 10: 2300273),提出SDS穩定二維Ti3C2Tx,作為難以脫摻的“巨型”對離子原位摻雜電聚合PPy涂層;基于溶液中MXene表面的盈余負電荷長效穩定PPy分子鏈上的氧化位點,使涂層長期處于摻雜態(電活性高),充分發揮陽極保護效應使銅基底保持鈍化而高效緩蝕。 


1. PPy-STi涂層制備的流程示意圖。


  實驗數據表明,MXene的摻雜可以有效的提升涂層(PPy-Ti)的導電性及粘附強度。表面活性劑SDS的摻雜雖然會讓涂層(PPy-S)粘附力下降,但是復合涂層PPy-STi保持了長期的電活性和粘附強度。 


2. 各涂層的粘附強度和電導率。


  電化學和腐蝕后形貌測試結果表明,PPy-STi涂層可以依靠優異的物理屏障和長效的陽極保護效果來避免銅基底受到腐蝕介質的侵蝕。 


圖3. PPy-STi涂層的動電位極化(a),電化學阻抗譜(b)和電化學頻率調制譜(c)的測試譜圖。 


4. 腐蝕試驗后,各涂層保護下的銅基底的表面微觀(a1-d1)和宏觀形貌(a2-d2),水接觸角(a3-d3)以及原子力顯微鏡測試結果(e-h)。


  結合分子動力學模擬結果中涂層較高的自由體積分數,可以推斷,在高成核率和析氫作用的共同作用下,PPy-STi涂層形成了獨特的三維囊泡結構。 


5. PPy-STi涂層分子動力學模擬優化后模型(a),自由體積分數測量模型(b)及結果(c)以及涂層的三維囊泡結構(d)。


  該工作以“Stabilized Ti3C2Tx-doped 3D vesicle polypyrrole coating for efficient protection toward copper in artificial seawater”為題發表在Applied Surface Science2024, 642: 158639期刊上,北京化工2023士研究生趙驍騏主要完成人,北京工商大學樊保民副教授和北京化工大學徐斌教授為共同通訊作者,該研究得到國家自然科學基金聯合基金項目(U2004212)的資助。


  原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S016943322302319X

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(責任編輯:xu)
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