基于ZIF-8智能环氧纳米复合涂层的镁合金绿色缓蚀剂pH响应释放协同屏障增强研究

镁合金因其高化学活性易受腐蚀，传统环氧(EP)涂层存在腐蚀介质渗透问题。研究人员通过一锅法将绿色异靛蓝-Schiff碱缓蚀剂(PHIO)封装于ZIF-8框架，构建PHIO@ZIF-8/EP智能纳米复合材料。该涂层在2 wt%添加量下使低频阻抗模量达5.43×107 Ω·cm2（较纯EP提升55倍），通过pH触发释放机制实现长效防护，为镁合金环保防腐提供新策略。

　　

镁合金被誉为"21世纪绿色工程材料"，在航空航天和汽车工业中展现出巨大潜力，但其高化学活性导致的腐蚀问题严重制约应用。传统环氧树脂涂层虽能提供物理屏障，却难以阻挡Cl^-、H₂O等腐蚀介质的长期渗透。更棘手的是，常规缓蚀剂存在突释、毒性和环境兼容性问题。如何开发兼具智能释放与环保特性的防护体系，成为材料腐蚀领域的关键挑战。

中国西华师范大学（China West Normal University）和湖南科研团队另辟蹊径，从自然界获取灵感。研究人员将目光投向FDA批准的染料异靛蓝，通过其与3,4-二氟苯肼的缩合反应，设计出π共轭结构的PHIO缓蚀剂。这种含N、O、F杂原子的分子能强力吸附于镁表面，而金属有机框架ZIF-8的高比表面积(>1000 m²/g)和pH响应特性，为缓蚀剂智能控释提供理想载体。研究团队创新性采用一锅法实现PHIO在ZIF-8中的原位封装，最终制备出PHIO@ZIF-8/EP纳米复合涂层，成果发表于《Progress in Organic Coatings》。

研究运用多种表征技术：通过FTIR和核磁共振(¹H/¹³C NMR)确认PHIO结构；SEM/XRD分析ZIF-8形貌与晶型；TGA/UV-Vis定量载药量与释放动力学；EIS和盐雾试验评价防护性能；DFT计算揭示分子吸附机制。

化学结构验证
FTIR显示1571 cm^-1处C=N伸缩振动峰，证实Schiff碱成功合成。核磁谱图中8.21 ppm处亚胺质子信号与169.8 ppm羰基碳信号，为分子结构提供确凿证据。

纳米载体特性
PHIO@ZIF-8保持ZIF-8的方钠石拓扑结构，但晶胞参数从16.9 ?扩展至18.2 ?。TGA显示12.3 wt%的PHIO负载量，XPS检测到F1s信号证实成功封装。

缓蚀机制
DFT计算表明PHIO通过N、O原子与Mg表面形成配位键，吸附能达-235 kJ/mol。EIS显示缓蚀效率在pH=5时达92.7%，符合Langmuir吸附模型。

涂层性能
含2 wt% PHIO@ZIF-8的涂层在3.5% NaCl中浸泡28天后，|Z|_0.01Hz保持5.43×10⁷ Ω·cm²，盐雾试验中腐蚀面积减少87%。原位拉曼证实碱性环境下ZIF-8解离释放PHIO，形成[Mg(PHIO)₂]保护膜。

该研究开创性地将生物基缓蚀剂与MOF智能载体结合，解决了传统防腐涂层"释放不可控-防护不持久-环境不友好"的三角矛盾。PHIO@ZIF-8/EP系统实现三个突破：① 缓蚀剂绿色化（源自FDA批准原料）；② 释放智能化（pH触发）；③ 防护长效化（阻抗提升55倍）。这种"自然启发-分子设计-载体工程-性能优化"的研究范式，为其他金属的环保防腐提供了可借鉴的技术路线。特别值得注意的是，工作通过DFT计算与实验验证的闭环研究，确立了Schiff碱分子结构与缓蚀效率的构效关系，为后续分子设计奠定理论基础。团队提出的"载体降解-分子吸附-薄膜形成"三级防护机制，对开发新一代智能防腐材料具有重要指导价值。