金屬腐蝕在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)造成巨大的上海經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。二維Ti3C2Tx?MXene由于可調(diào)控的電力大學(xué)結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)特性、優(yōu)異的上海阻隔性能、高徑厚比、電力大學(xué)超薄厚度、上海化學(xué)穩(wěn)定性、電力大學(xué)機(jī)械性能和層間易于剪切變形能力，上海具有防腐、電力大學(xué)耐磨性能。上海二維MXene/聚合物復(fù)合材料能實(shí)現(xiàn)多功能化，電力大學(xué)在金屬表面防護(hù)中展現(xiàn)出應(yīng)用前景。上海與其他2D材料（石墨烯和氮化硼）類似，電力大學(xué)MXene在物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)方面的上海吸引力使其具有巨大的防腐應(yīng)用潛力。然而，電力大學(xué)MXene表面氧化和較差的上海穩(wěn)定性限制了其應(yīng)用。區(qū)別于石墨烯和氮化硼等二維材料，為什么MXene可以用于金屬表面防護(hù)以及MXene在復(fù)合涂層中的獨(dú)特作用機(jī)制仍困擾著相關(guān)研究工作者。
上海電力大學(xué)、上海市電力材料防護(hù)與新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曹懷杰近年來圍繞MXene復(fù)合防腐涂層開展研究。提出了利用巰基硅烷和MXene協(xié)同作用提高銅表面防腐性能（Compos. Part?B 2022, 228, 109427）；基于MXene表面負(fù)電荷和LDH靜電組裝構(gòu)筑自修復(fù)MXene防腐涂層(Surf. Coat. Technol. 2023, 463, 129551)；為最大化MXene阻隔性能，提出層層構(gòu)筑MXene/DTMS復(fù)合防腐涂層；以及提出了通過原位腐蝕觀測(cè)揭示MXene涂層在酸性條件下的防護(hù)機(jī)制（Journal of Colloid and Interface Science?2024, 685, 865-878）。同時(shí)，綜述了MXene等二維材料復(fù)合防腐涂層中取向調(diào)控和表征策略（Prog.?Org.?Coat.?2023, 182:107715）。基于前期基礎(chǔ)，近期在復(fù)合材料頂刊《Composites Part B: Engineering》發(fā)表“Beyond graphene and boron nitride: why MXene can be used in composite for corrosion protection on metals?”綜述論文。論文作者是上海電力大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院曹懷杰。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2023.111168
在這篇綜述中，作者介紹了MXene應(yīng)用于金屬表面防護(hù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，分析了MXene與石墨烯、氮化硼、氧化石墨烯的相似之處和主要區(qū)別。總結(jié)了目前MXene防腐涂層相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究（防腐增強(qiáng)效應(yīng)、表面功能化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與取向調(diào)控、自修復(fù)行為、特殊環(huán)境下的腐蝕防護(hù)性能）和理論計(jì)算的最新進(jìn)展，歸納出MXene復(fù)合材料用于金屬表面防護(hù)的原因。最后，提出了MXene防腐復(fù)合涂層面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展前景。本綜述旨在為設(shè)計(jì)高性能MXene防腐涂層及擴(kuò)展MXene的應(yīng)用提供指導(dǎo)。
圖1?MXene結(jié)構(gòu)及合成方法
圖2?MXene防腐涂層研究進(jìn)展
圖3?MXene復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)控制方法及MXene納米片在防腐涂層中的主要作用
圖4?MXene與石墨烯、氮化硼、氧化石墨烯的比較
圖5?MXene復(fù)合涂層與其他二維材料復(fù)合涂層防腐性能比較
圖6?MXene在復(fù)合防腐涂層中區(qū)別于石墨烯/氮化硼的作用
圖7?MXene復(fù)合防腐涂層發(fā)展的挑戰(zhàn)與機(jī)遇
作者簡介
曹懷杰：上海電力大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院青年教師，2020年博士畢業(yè)于上海交通大學(xué)。研究方向是防腐涂層與電力材料防護(hù)。以第一作者/通訊作者發(fā)表SCI論文20篇。獲2021年第十七屆“挑戰(zhàn)杯”上海市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師獎(jiǎng)，獲2023年第十七屆全國青年腐蝕與防護(hù)科技論文講評(píng)會(huì)最具學(xué)術(shù)價(jià)值論文二等獎(jiǎng)。入選2021年上海市高校“新能源存儲(chǔ)轉(zhuǎn)化與安全防護(hù)”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，作為完成人獲2022年中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)（自然科學(xué)類）一等獎(jiǎng)，入選2022年上海市啟明星培育揚(yáng)帆計(jì)劃。
