Ce-NiCo-LDH三尺度腐蚀防护工程：结构屏障、氧空位与表面功能化的协同调控

针对金属材料腐蚀防护难题，研究人员通过水热工程策略构建了Ce-NiCo-LDH三尺度防护体系，整合垂直排列纳米片结构屏障、Ce3+ /Ce4+ 氧化还原循环自修复及CTAB/PFDT表面功能化，实现电荷转移电阻提升3.6倍（Rct =5.1×105 Ω·cm2 ）和99%缓蚀效率，为长效防腐涂层设计提供新范式。

　　

金属腐蚀如同无声的"慢性病"，每年吞噬全球3.4%的GDP，造成2.5万亿美元损失。从跨海大桥到家用电器，金属材料的"健康"关系着基础设施安全与经济效益。传统防护涂层面临两大痛点：物理屏障易被腐蚀介质穿透，化学防护缺乏自修复能力。层状双氢氧化物(LDH)虽具有独特的层状结构和离子交换能力，但纯LDH涂层存在活性位点不足、亲水性强等缺陷，在潮湿环境中防护性能急剧衰减。

湖州市科技局资助的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表突破性成果，通过多尺度工程策略将铈(Ce)掺杂的镍钴LDH(Ce-NiCo-LDH)改造成"智能防护装甲"。研究采用分步水热法构建垂直排列纳米片阵列，利用氧空位驱动Ce³⁺
/Ce⁴⁺
氧化还原循环，并创新性地引入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和全氟癸基三氯硅烷(PFDT)进行表面重构，形成结构-化学-功能三重防护机制。

关键技术包括：1) 分步水热合成调控LDH晶体生长取向；2) 氧空位浓度表征与Ce价态分析；3) 电化学阻抗谱(EIS)量化防护性能；4) 接触角测试评估疏水性；5) 扫描/透射电镜(SEM/TEM)解析多级结构。

【形态学研究】
SEM显示分步水热法获得的LDH纳米片垂直排列形成"纳米迷宫"，比一步法合成的球形颗粒(100-150nm)具有更长的介质渗透路径。TEM证实氧空位富集区域存在晶格畸变，为Ce价态转换提供活性位点。

【电化学性能】
EIS测试表明三重改性涂层的电荷转移电阻达5.1×10⁵
Ω·cm²
，是一步法样品的3.6倍。Tafel曲线显示CTAB改性样品缓蚀效率达99%，PFDT处理使接触角提升至142°，实现超疏水特性。

【防护机制】

1. 结构屏障：垂直纳米片延长腐蚀介质扩散路径；2) 自修复机制：氧空位捕获电子驱动Ce⁴⁺
   →Ce³⁺
   优先还原，动态修复破损钝化膜；3) 表面工程：CTAB诱导纤维状互锁结构增强机械强度，PFDT通过C-F偶极作用形成氟化屏障。

该研究开创性地将"被动防护"转变为"主动防御"体系：结构屏障延缓腐蚀起始，氧空位 redox 循环实现损伤自愈，表面功能化阻断介质浸润。这种三尺度协同策略不仅将LDH涂层的防护寿命延长3倍，更建立了"物理阻隔-化学修复-功能强化"的设计框架，为海洋工程、能源装备等苛刻环境下的材料保护提供新思路。研究揭示的氧空位介导的电子存储机制，为开发新一代智能防腐材料开辟了道路。