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

  1977年,導(dǎo)電聚合物的發(fā)現(xiàn)打破了塑料不導(dǎo)電的傳統(tǒng)觀念,其被廣泛應(yīng)用于生物傳感器、能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換、電磁屏蔽、導(dǎo)電織物和腐蝕防護(hù)等方面。聚吡咯(PPy)作為最具代表性的導(dǎo)電聚合物之一,可以直接通過電化學(xué)方法(電聚合)制備,用作防護(hù)涂層時(shí)可通過物理屏蔽以及與電活性相關(guān)的陽(yáng)極保護(hù)效應(yīng)。然而,電聚合產(chǎn)物的本征多孔結(jié)構(gòu)、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(shí)際價(jià)值。因此,有必要采用適當(dāng)措施減少電聚合涂層固有缺陷和并提升電活性以長(zhǎng)效發(fā)揮防護(hù)效應(yīng)。


  鑒于此,本團(tuán)隊(duì)在前期構(gòu)建的十二烷基硫酸鈉(SDS)長(zhǎng)效穩(wěn)定Ti3C2Tx-MXene膠體溶液的基礎(chǔ)上(Adv. Sci., 2023, 10: 2300273),提出SDS穩(wěn)定二維Ti3C2Tx,作為難以脫摻的“巨型”對(duì)離子原位摻雜電聚合PPy涂層;基于溶液中MXene表面的盈余負(fù)電荷長(zhǎng)效穩(wěn)定PPy分子鏈上的氧化位點(diǎn),使涂層長(zhǎng)期處于摻雜態(tài)(電活性高),充分發(fā)揮陽(yáng)極保護(hù)效應(yīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,MXene的摻雜可以有效的提升涂層(PPy-Ti)的導(dǎo)電性及粘附強(qiáng)度。表面活性劑SDS的摻雜雖然會(huì)讓涂層(PPy-S)粘附力下降,但是復(fù)合涂層PPy-STi保持了長(zhǎng)期的電活性和粘附強(qiáng)度。 


2. 各涂層的粘附強(qiáng)度和電導(dǎo)率。


  電化學(xué)和腐蝕后形貌測(cè)試結(jié)果表明,PPy-STi涂層可以依靠?jī)?yōu)異的物理屏障和長(zhǎng)效的陽(yáng)極保護(hù)效果來(lái)避免銅基底受到腐蝕介質(zhì)的侵蝕。 


圖3. PPy-STi涂層的動(dòng)電位極化(a),電化學(xué)阻抗譜(b)和電化學(xué)頻率調(diào)制譜(c)的測(cè)試譜圖。 


4. 腐蝕試驗(yàn)后,各涂層保護(hù)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(cè)試結(jié)果(e-h)。


  結(jié)合分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果中涂層較高的自由體積分?jǐn)?shù),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(dú)特的三維囊泡結(jié)構(gòu)。 


5. PPy-STi涂層分子動(dòng)力學(xué)模擬優(yōu)化后模型(a),自由體積分?jǐn)?shù)測(cè)量模型(b)及結(jié)果(c)以及涂層的三維囊泡結(jié)構(gòu)(d)。


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


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

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