二维Mo-聚多巴胺纳米花瓣修饰Ti3C2-MXene：一种用于智能/耐久环氧涂层的环境抗腐蚀可持续纳米材料

为应对环氧涂层因结构缺陷导致的被动防护局限及MXene易氧化、聚集等问题，伊朗研究人员通过Mo-聚多巴胺(PDA)功能化MXene并负载锌离子，开发出兼具主动-被动防护的智能涂层。该涂层在100天浸泡后仍保持超高阻抗（log |Z|10mHz=10.58），48小时自修复率达75%，且锌离子释放具有pH响应性（pH 3时达32,890 ppb），为环保型单层防护体系提供新策略。

　　

在工业设施和海洋工程领域，金属腐蚀如同无声的"慢性病"，每年造成全球数万亿美元损失。传统环氧树脂涂层虽具有优异的化学稳定性和附着力，但像"玻璃盔甲"般脆弱——微裂纹一旦形成，腐蚀介质便会趁虚而入。更棘手的是，这类涂层缺乏主动防御机制，无法像生物组织那样自我修复。与此同时，被誉为"材料界新贵"的二维材料MXene虽能通过"迷宫效应"阻挡腐蚀，却因易氧化（尤其在含水环境中会转化为TiO₂）和易团聚的"先天缺陷"，使其难以担纲腐蚀抑制剂载体的重任。

伊朗国家科学基金会支持的研究团队独辟蹊径，从海洋生物贻贝的粘附机制中获得灵感。他们将MXene与仿生材料聚多巴胺(PDA)结合，并引入钼酸盐和锌离子，构建出类似"智能军火库"的多功能纳米复合材料。这种设计巧妙融合了MXene的物理屏障作用、PDA的粘附自修复特性，以及锌离子的主动防护能力，最终在《Process Safety and Environmental Protection》发表了突破性成果。

研究采用FT-IR、XRD等表征手段确认材料结构，通过BET测得改性后MXene比表面积从12.84激增至41.73 m2/g。电化学阻抗谱(EIS)测试显示，含锌改性涂层的低频阻抗模量达10^10.58 Ω·cm2，创下环氧涂层耐久性新纪录。划痕实验证实，该材料在盐雾环境中48小时即恢复75%阻抗，相当于赋予涂层"伤口愈合"能力。更引人注目的是，锌释放量随pH值变化呈现三个数量级差异（pH 3时达32,890 ppb），这种"遇险报警"式的智能响应使其能精准作用于腐蚀萌发区域。

材料特性
FTIR谱图中1634 cm^-1处的C=O特征峰证实PDA成功包覆，XPS显示Zn²⁺与PDA的氨基形成配位键。HR-TEM观察到MXene表面均匀分布的5-8 nm Mo-PDA纳米花瓣，这种分级结构为抑制剂负载提供大量锚定位点。

防护机制
TGA分析表明，PDA修饰使MXene热稳定性提升60°C。电化学测试揭示双重防护机制：MXene片层延长腐蚀介质扩散路径（被动防护），而pH响应性锌释放可在损伤处形成Zn(OH)₂保护膜（主动防护）。

性能比较
与传统三涂层体系相比，这种单层结构的附着力提升2.3倍，且完全规避了铬酸盐的毒性问题。EDAX图谱显示锌元素在划痕处富集，直观证实"损伤靶向修复"能力。

这项研究开创性地将生物启发材料与二维MXene结合，解决了传统防护涂层"被动防御"与"环境毒性"的两难困境。其开发的pH响应型释放系统，犹如为金属装备了"腐蚀感应器"，仅在需要时激活保护机制。这种策略不仅适用于海洋工程装备，还可延伸至航空航天、新能源电池等领域，为可持续发展目标下的先进防护材料设计提供了范式转移。特别值得注意的是，该技术采用全水性工艺，与全球绿色制造趋势高度契合，目前已通过伊朗Mobarakeh钢铁公司的试点验证，展现出工业化应用潜力。