基于铈-多酚-胺自组装的智能pH响应纳米复合材料增强水性环氧涂层防腐性能

《Progress in Lipid Research》：A novel smart pH-responsive nanocomposite based on cerium-polyphenol -amine self-assembly for anticorrosion waterborne epoxy coatings

本文开发了一种新型铈-多酚-胺三元自组装纳米容器（CTP），通过动态超分子组装策略实现了20.3 wt%的高铈负载量。该材料不仅能与环氧基质形成化学键提升附着力（干/湿附着力分别达3.13/2.99 MPa），还具备pH响应特性，可在酸性腐蚀环境中持续释放铈离子144小时。电化学测试表明，CTP改性涂层在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡60天后|Z|0.01Hz值保持1.21×109 Ω·cm2，比纯水性环氧涂层（WEP）高一个数量级，为环保型涂层工程应用提供了新策略。

　　

Highlight

新型可扩展铈-多酚-胺三元体系（CTP）通过动态超分子自组装策略合成，其网络通过铈-酚羟基配位锚定腐蚀抑制性铈离子，铈负载量高达20.3 wt%。CTP纳米容器中多酚-胺交联网络可与环氧树脂基质形成化学键，显著改善涂层界面相容性并减少固有缺陷。

材料与方法

材料

无水乙醇（C₂H₅OH, ≥99.7%）、硝酸铈铵（(NH₄)₂Ce(NO₃)₆, AR）、氯化钠（NaCl, AR）、支化聚乙烯亚胺（PEI）、单宁酸（TA, AR）均购自上海麦克林生化科技有限公司。氢氧化钠（NaOH, AR）和浓盐酸（HCl, 37%）购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，所有试剂未经纯化直接使用。

纳米容器制备

铈-单宁酸-聚乙烯亚胺纳米材料通过动态配位组装制备：将TA与PEI在碱性条件下混合，加入Ce(IV)引发氧化还原反应，Ce(IV)被还原为Ce(III)并与酚羟基形成配位网络，同时TA被氧化为聚单宁酸（PTA），与PEI构建三元交联结构。

CTP纳米容器的形貌与化学组成

透射电镜（TEM）显示CTP形成数百纳米尺寸的无规网状聚集体（图2a）。动态光散射（DLS）测定其水合粒径分布表明材料具有均匀的纳米尺度。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）证实Ce(III)与酚羟基的配位键形成，UV-Vis分析验证其pH响应释放特性。

结论

三元超分子自组装材料显著提升水性环氧涂层的物理屏障性能与主动自修复功能。电化学测试证明CTP的引入赋予涂层优异的主动/被动防腐能力，为环境友好型涂层在苛刻海洋环境中的工程应用开辟新途径。