可逆超亲水-超疏水镧基氧化物涂层的双功能设计：生物污染控制与磷吸附协同机制研究

本研究针对ITO表面在潮湿/生物环境中易发生雾化、结冰和生物污损等问题，通过一步电沉积法构建了具有热/化学响应可逆转换的镧基氧化物涂层（IHS/OBS）。超疏水涂层（OBS, CA: 168.6°）实现>70%小球藻粘附抑制，超亲水涂层（IHS, CA: 4.6°）磷吸附量提升50%，其微纳裂纹结构（IHS）与Cassie-Baxter态（OBS）的协同作用为富营养化水处理与海洋防污提供新策略。

　　

在光电设备广泛应用的今天，ITO导电玻璃因其优异的透明性和导电性成为LCD、LED等器件的核心材料。然而，潮湿环境中的水汽吸附、低温结冰以及微生物粘附等问题，严重制约着其光学性能和使用寿命。更棘手的是，传统聚合物涂层在紫外线或高温下易降解，而海洋环境中的动态水流与生物膜形成会加速涂层失效。与此同时，水体富营养化引发的藻类爆发又亟需高效的磷吸附解决方案。这些看似不相关的挑战，其实都指向同一个科学问题：如何通过材料表面工程实现多功能集成？

针对这一难题，江西的研究团队在《Applied Surface Science》发表了一项突破性研究。他们创新性地采用一步电沉积技术，通过无机（LaCl₃·6H₂O水溶液）和有机（LaCl₃·6H₂O/肉豆蔻酸乙醇溶液）电解质调控，在ITO基底上分别构建出超亲水（IHS）和超疏水（OBS）镧基氧化物涂层。关键技术包括阴极还原电沉积、300°C热处理可逆转换、氟化化学修饰以及紫外加速老化测试，并采用小球藻（Chlorella vulgaris）模型评估生物污损性能。

表面形貌与结构表征
SEM显示IHS涂层具有独特的微米-纳米级裂纹网络（100-800 nm孔隙），其XRD谱中La₂O₃和La(OH)₃晶相共存；而OBS涂层则呈现纳米颗粒堆叠的Cassie-Baxter态结构，表面能低至2.1 mN/m。这种结构差异直接导致二者接触角相差164°（IHS: 4.6° vs OBS: 168.6°），且滚动角<2°的超疏水特性使水滴极易滚落。

可逆润湿性转换机制
研究发现300°C热处理可使OBS通过La[CH₃(CH₂)₁₂COO]₃分解转化为IHS，而氟化处理又能使其恢复超疏水性。这种双重刺激响应特性伴随优异的UV稳定性——15天紫外照射后CA仍>150°，远超常规聚合物涂层。

生物污染控制性能
在藻类粘附实验中，OBS涂层使小球藻附着量降低70%以上，其防污机制源于纳米颗粒产生的"荷叶效应"；而IHS涂层凭借微纳裂纹产生的毛细作用，磷吸附容量达9 mg/L（较OBS提升50%），通过切断藻类营养供给间接抑制生物膜形成。

结论与展望
该研究开创性地实现了三大突破：1）单步电沉积即可精确调控亲/疏水双功能；2）热/化学双重刺激响应可逆转换；3）仿生结构-功能协同设计。这种镧基涂层不仅解决了ITO表面防护的行业痛点，其磷吸附-防污双功能集成更为富营养化水体治理提供了新材料范式。未来研究可进一步探索涂层在动态海水环境中的长期稳定性，以及与其他稀土元素的协同效应。作者Changyin Ke和Mingshan Xue特别指出，该技术的规模化生产成本与工业兼容性将是下一阶段研究重点。