改性氮化硼增强环氧树脂复合涂层的抗腐蚀与阻氢性能研究

针对传统氢阻隔涂层在高压环境中抗腐蚀性不足的问题，研究人员通过NaOH羟基化氮化硼(BN)并与硅烷偶联剂APTES共价接枝，制备了BN-AH/PTFE/EP复合涂层。该涂层在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡30天后阻抗值达1.5×109 Ω cm2，较纯EP提升2个数量级，氢渗透系数降低66.9%，兼具优异阻氢与长效防腐性能，为氢能储运设备防护提供了新策略。

　　

论文解读
氢能作为清洁能源替代品，其储运过程却面临两大难题：氢分子易渗透导致泄漏风险，而潮湿环境又加速金属设备的电化学腐蚀。传统聚合物涂层难以兼顾阻氢与防腐需求——环氧树脂(EP)虽耐腐蚀但固化后易形成微孔，氮化硼(BN)虽具优异物理屏障性能却因分散性差易团聚。更棘手的是，现有研究多聚焦短期性能测试，缺乏实际高压环境的长期验证。

针对这一技术瓶颈，中国科学院"煤炭清洁燃烧与低碳利用"战略性先导科技专项支持的研究团队创新性地提出"双功能协同增强"策略。他们通过三步法改造BN：先超声破碎改善分散性，再用NaOH羟基化表面，最后通过硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)水解产物与羟基BN共价键合，成功制备出改性BN-AH。将其与聚四氟乙烯(PTFE)共同填充至EP基质，刮涂成膜后得到BN-AH/PTFE/EP复合涂层。发表于《International Journal of Hydrogen Energy》的研究显示，该涂层在30天盐雾试验后仍保持1.5×10⁹ Ω cm²的高阻抗值，氢渗透系数较纯EP降低66.9%，首次实现长效防腐与高效阻氢的统一。

关键技术方法
研究采用超声辅助化学改性法构建BN-AH，通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)验证接枝效果；采用刮涂法制备复合涂层；利用电化学阻抗谱(EIS)评估防腐性能；通过气相色谱法测定氢渗透系数；结合扫描电镜(SEM)观察填料分散状态。

研究结果
1. 材料表征
FTIR显示BN-AH在3430 cm^-1出现羟基特征峰，XPS证实Si-O键形成，证明APTES成功接枝。SEM显示改性BN在EP中分散均匀，未出现裸BN的团聚现象。

2. 腐蚀防护性能
EIS测试表明，含6% BN-AH的复合涂层在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡30天后，低频阻抗|Z|_0.01Hz达1.15×10⁹ Ω cm²，比纯EP高2个数量级。PTFE的疏水性协同BN的物理屏障作用，有效阻隔腐蚀介质渗透。

3. 氢阻隔性能
改性涂层氢渗透系数降至纯EP的33.1%，归因于BN的层状结构延长氢分子扩散路径，而硅氧烷极性基团与EP交联网络增强界面结合力。

结论与意义
该研究通过分子设计解决了BN分散难题，创新性地将PTFE的疏水性与BN的物理屏障特性耦合，突破了传统涂层功能单一的限制。其重要意义在于：① 为高压氢环境设备提供兼具6个月级防腐与66.9%阻氢率的双功能涂层；② 提出的"化学改性-物理共混"策略可拓展至其他二维材料体系；③ 采用的刮涂工艺易于工业化放大。研究团队特别指出，BN的绝缘特性避免了石墨烯类材料可能引发的电偶腐蚀，这一发现为二维材料在防腐领域的应用提供了新视角。未来工作将聚焦于极端环境下的性能验证及规模化制备工艺优化。