Ag/硬脂酸改性铜泡沫在水环境中的腐蚀评估：一项电化学阻抗研究及其在海洋油水分离中的应用

为解决海洋环境中石油污染治理材料的腐蚀问题，研究人员开展了超疏水铜泡沫的腐蚀行为研究，通过电化学阻抗谱(EIS)评估其在蒸馏水和3.5% NaCl溶液中的长期耐腐蚀性能。结果表明，该涂层显著提高了泡沫的耐腐蚀性和耐久性，接触角保持在160°以上，为海洋油水分离应用提供了高效稳定的材料解决方案。

　　

海洋石油污染是当前严峻的环境问题，传统清理方法如离心分离、生物修复和化学分散剂等存在效率低、维护频繁、易造成二次污染等缺点。超疏水涂层因其高效、低维护和环保特性成为理想替代方案，但应用于多孔金属泡沫时，其腐蚀行为尤其在长期海洋环境下的稳定性尚未充分研究。为此，来自希腊亚里士多德大学的研究团队在《Materials》发表论文，通过系统电化学分析探究了银/硬脂酸改性超疏水铜泡沫在模拟海洋环境中的腐蚀性能与机制。

研究采用电化学阻抗谱(EIS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、ATR-FTIR和拉曼光谱等技术，对通过两步浸泡法（硝酸银和硬脂酸溶液处理）制备的超疏水铜泡沫进行了综合表征。样本为商业铜泡沫（孔隙率93.6%，平均孔径1.6mm），经超声清洗后依次在AgNO₃和硬脂酸乙醇溶液中浸泡，形成具有微纳米结构和低表面能的超疏水涂层（接触角180°）。

3.1. 表面形貌与组成

SEM显示未涂层铜泡沫表面平滑，而改性后出现银苔藓状结构和铜/硬脂酸盐纳米线（图1）。EDX元素映射表明苔藓结构主要含银，纳米线则含银、碳和氧（图2），提示存在表面氧化或有机残留。XPS证实银主要以金属态存在（Ag 3d_5/2峰位于370.167 eV），含少量氧化物；铜以CuO为主，含微量Cu₂O；氧谱显示金属氧化物、C=O和C–O物种（图3a-c）。ATR-FTIR检测到硬脂酸特征峰（C-H在3000–2800 cm^?1）和铜硬脂酸盐形成证据（1585 cm^?1峰），拉曼光谱进一步确认铜/银硬脂酸盐和氧化物存在（图3d-f）。

3.2. 阻抗图谱（Nyquist和Bode）

EIS测试显示，在蒸馏水和3.5% NaCl溶液中，超疏水泡沫的阻抗值均显著高于未涂层样本（图4）。Nyquist曲线呈现非理想半圆，表明表面不均匀性；Bode图显示涂层样本阻抗幅值更高，尤其在低频区（0.01 Hz）。在NaCl溶液中，阻抗随浸泡时间延长而下降，但120小时后仍保持较高值（kΩ级），且接触角维持在160°（图10），证实涂层耐久性。相位图显示多个时间常数（图5e-f），反映复杂电化学过程如表面反应、涂层缺陷扩散和界面现象。

3.3. 等效电路模型

采用等效电路拟合数据，未涂层泡沫电路包含溶液电阻(R_s)、孔隙电阻(R_por)、电荷转移电阻(R_ct)和恒相位元件(CPE)；涂层泡沫额外增加涂层电阻(R_o)和氧化物相关参数（图7）。在蒸馏水中，涂层使腐蚀活性降低80%（效果系数0.80），在NaCl溶液中降低70%（0.70）。CPE值变化表明电解质部分渗透入涂层形态，但R_ct增加证明涂层仍有效阻挡离子扩散（表1）。

3.4. 腐蚀后形貌与润湿性

SEM显示浸泡120小时后，涂层在蒸馏水中仅轻微降解（图9a-c），在NaCl溶液中形成聚集体但无剥落（图9d-f）。接触角测量证实疏水性保持（蒸馏水中150°，NaCl中160°），表明涂层在恶劣环境下仍稳定。

研究结论表明，银/硬脂酸改性超疏水涂层通过形成微纳米结构和降低表面能，显著提升铜泡沫的耐腐蚀性。EIS和等效电路分析证实涂层有效抑制电荷转移和离子渗透，长期浸泡后仍维持高阻抗和疏水性。该材料为海洋油水分离应用提供了低成本、高耐久性解决方案，尤其适用于含氯离子的腐蚀环境。未来工作可优化涂层工艺以进一步提升在极端条件下的稳定性。