江苏科技大学|郭峰/施伟龙POC：聚苯胺/石墨相氮化碳复合涂层实现高效防腐及防污性能

第一作者：郭峰 李玲玲

通讯作者：施伟龙 杨兴林 李灏

单位：江苏科技大学 深圳大学

腐蚀和生物污染是海洋设备服务面临的巨大挑战。对于为海洋环境提供服务的基础设施和工业设施来说，腐蚀是一个严重甚至难以管理的问题，特别是船舶和海上平台的腐蚀。其次，附着在金属基底上的生物污染物会加速金属材料的腐蚀，称为微生物影响腐蚀(MIC)。有机涂层技术已经广泛应用于海洋碳钢结构抗腐蚀研究。

其中，环氧树脂（EP）涂层因其独特的物理化学稳定性，电隔离性和与基底材料优异的粘附性被广泛应用于海洋环境的抗腐蚀研究。纯EP涂层表现出有限的物理屏蔽效应和单一的抗腐蚀性，无法应对复杂的海洋环境。在聚合物树脂中引入二维（2D）材料是目前提高涂层样品耐腐蚀性的可行策略。在二维纳米填料中，聚合物氮化碳（CN）是一个有前途的抗腐蚀候选材料，因为它易于制造，成本低廉，无毒性，而且稳定性突出。

此外，由于CN的半导体性质，它在光照下可以产生电子孔对，与涂层表面吸附的H₂O和O₂接触产生活性氧和氧物种，它可以氧化微生物，这表明CN基填料在开发防腐和防生物污损方面有很大潜力。聚苯胺（PANI）凭借其结构的正电势，PANI可以与藻类细胞壁的负电荷相互作用，破坏细胞壁结构，防止其粘附在含有PANI的复合涂层的表面。

基于此,江苏科技大学施伟龙和郭峰副教授课题组在《Progress in Organic Coatings》上发表了题为“Achieving superior anticorrosion and antibiofouling performance of polyaniline/graphitic carbon nitride composite coating”的研究文章。

该工作通过简单的热聚合法成功制备了PANI@CN聚合物，在通过旋涂法制备PANI@CN/EP复合涂层。相比于EP涂层，该涂层不仅展现出更优异的抗腐蚀性能，还拥有独特的抗生物污损特性。通过不同时间的浸没实验，研究了涂层的抗腐蚀性能随时间的变化趋势。此外，通过选取海洋的常见藻类作为生物污损物，研究了涂层的抗生物污损性能。

此外，通过盐雾测试和SEM观察浸泡后涂层的表面腐蚀情况进一步确定PANI@CN/EP复合涂层的抗腐蚀性能。此外，利用UV-vis，PL，光电流和阻抗以及ESR检测研究了合成PANI@CN的光生电荷分离效率和抗污活性物种。最后，探讨了PANI@CN/EP复合涂层抗腐蚀和抗生物污损的机理。

图1. PANI@CN/EP复合涂层的制备示意图

图2. PANI@CN复合物的基本表征

图3. PANI@CN/EP复合涂层的抗腐蚀性能测试

图4. 拟合电路及拟合相关参数

图5. 涂层实际腐蚀情况及腐蚀区域SEM。

图6. 72小时的盐雾测试结果

图7. 涂层抗藻性能测试

图8. PANI@CN光电化学测试

图8. 涂层抗腐蚀抗生物污损机理

F. Guo, L. Li, Y. Shi, W. Shi, X. Yang, H. Li, Achieving superior anticorrosion and antibiofouling performance of polyaniline/graphitic carbon nitride composite coating, Progress in Organic Coatings, 179 (2023) 107512.

施伟龙 华中科技大学博士，郑州大学博士后，现任江苏科技大学副教授，硕士生导师，中国感光学会光催化专业委员会会员，江苏省复合材料学会会员，江苏省环境科学学会会员，江苏省材料学会会员。主要从事碳基（碳点、氮化碳）复合光催化材料的设计、构筑以及光催化性能（降解、分解水制氢及防腐）等方面的研究工作。

相关工作发表在Appl. Catal. B: Environ., J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J., ACS Appl. Mater. Inter., J. Hazard. Mater., Sep. Purif. Technol., Inorg. Chem. Front., J. Mater. Chem. B., Appl. Surf. Sci., J. Alloy Compd.等高水平杂志。截止目前，共计以第一作者或通讯作者发表93篇SCI收录论文，其中一区SCI论文42篇（影响因子≥10的17篇），二区论文25篇，ESI高被引论文29篇，ESI热点论文12篇，1篇获得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳论文，H-index 46。荣获国际复合材料“最佳研究者”奖，受理发明专利2项。

入选2022年全球前2%顶尖科学家榜单（World’s Top 2% Scientists 2022）, 现主持国家自然科学基金青年、江苏省“双创博士”、“科技副总”人才项目、河南省博士后科研项目启动资助、河北省水资源可持续利用与开发实验室开发基金、江苏省产学研项目、校级深蓝杰出人才等10余项。

此外，担任《Frontiers in Chemistry》、《Catalysts》客座主编、《Photocatalysis and Photochemistry》青年编委以及《Applied Catalysis B: Environmental》、《ACS Catalysis》、《Journal of Hazardous Materials》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Separation and Purification Technology》等十余个国际Top期刊审稿人。

近年来在《中国造船》、《内燃机学报》、《机械科学与技术》、《船舶工程》等学术刊物上公开发表学术论文50余篇；先后主持与参与了近30项科研课题的研究，获省部级以上科技进步三等奖3项，机械工业学会三等奖1项，江苏省镇江市科技进步一等奖1项，江苏科技大学教学成果二等奖1项，高教研究成果三等奖1 项；先后完成项目科研经费六百多万元。目前承担有《船舶新型空调制冷系统》、《无油泵制冷压缩机研发》、《气密装置漏气规律研究》国防重点型号攻关合同项目等6个课题的研究与开发。

郭峰，现任江苏科技大学副教授，硕士生导师，新能源系专业负责人，中国感光学会光催化专业委员会会员，江苏省环境科学学会会员, 新加坡维泽专家库（VE）材料科学专家委员会会员。长安大学市政工程专业博士毕业，获工学博士学位。主要从事g-C3N4基复合光催化材料的设计、构筑以及光催化性能等方面的研究工作。

主持国家自然科学基金项目，江苏省青年基金项目，江苏省“青蓝工程”优秀骨干教师人才项目，校级深蓝杰出人才项目, 河北省水资源可持续利用与开发实验室开发基金，江苏省产学研项目等10余项。近年来，共计以第一作者或通讯作者发表90篇SCI收录论文，其中一区SCI论文44篇（影响因子≥10的 15篇），二区论文17篇，ESI高被引论文26篇，ESI热点论文5篇，1篇获得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳论文，荣获国际学术奖“最佳研究者”奖，H-index 44，国家授权发明专利3项。

入选2022年全球前2%顶尖科学家榜单（World’s Top 2% Scientists 2022）、江苏省“科技副总”、镇江市“出彩教育人”、校“优秀教师”、本创“优秀指导教师”、省级竞赛“优秀指导教师”等称号，相关工作发表在《Applied Catalysis B: Environmental》、《Chemical Engineering Journal》、《Journal of Hazardous Materials》、《Applied Surface Science》、《Journal of Alloys and compounds》、《Separation and Purification Technology》等高水平杂志。此外，担任《Frontiers in Chemistry》客座主编以及《Journal of Hazardous Materials》、《Journal of Alloys and Compounds》、《Separation and Purification Technology》等十余个国际期刊审稿人。

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