N-杂环卡宾自组装单分子膜在银基底上的简易构建及其防腐性能研究

本研究针对银材料易腐蚀/硫化的问题，创新性地通过真空加热NHC-CO2加合物的方法构建N-杂环卡宾自组装单分子膜（NHC SAMs）。研究发现苯并咪唑型NHC（BimNHC）通过σ,π混合轨道作用与银基底结合更牢固，其SAMs在强碱和H2S环境中展现出优于咪唑型NHC（ImNHC）的防护性能，为贵金属表面防护提供了新策略。

　　

银材料因其优异的导电性和延展性，在电子器件、珠宝首饰等领域应用广泛，但环境中的硫化物和强碱性介质会导致其快速腐蚀变色。传统硫醇类自组装单分子膜（SAMs）虽能提供保护，却在高温和极端化学环境中稳定性不足。针对这一技术瓶颈，南京工业大学材料科学与工程学院的研究团队在《Materials Characterization》发表论文，开发了一种基于N-杂环卡宾（NHCs）的新型防护涂层技术。

研究人员采用表面增强拉曼光谱（SERS）、循环伏安法（CV）和接触角测量等关键技术，通过真空加热两种NHC-CO₂加合物（ImNHC-CO₂和BimNHC-CO₂），在银基底上成功构建自组装单分子膜。X射线光电子能谱（XPS）分析证实了NHCs通过2位碳原子与银形成化学键，其中苯并咪唑型NHC（BimNHC）表现出更强的基底结合力——理论计算揭示其通过最高占据分子轨道（HOMO）和次高占据轨道（HOMO1）的σ,π混合相互作用实现稳定锚定，而咪唑型NHC（ImNHC）仅依赖σ型键合。

Material
研究选用纯度>99.99%的银片作为基底，经氧化铝抛光至表面粗糙度约8 nm。两种NHC-CO₂前驱体通过改良文献方法合成，确保无残留碱和溶剂影响银表面。

Formation of NHC SAMs on Ag
接触角测试显示BimNHC修饰表面疏水性更强（接触角更大），CV曲线证实SAMs能有效抑制银在碱液中的氧化还原电流。SERS检测到特征峰位移，直接证明NHCs通过脱羧反应与银基底键合。

Conclusions
该研究突破性地证明：真空加热法可高效构建NHC SAMs，其中BimNHC膜在0.1 M NaOH溶液和H₂S气氛中防护效率分别达92%和89%，远超ImNHC膜。这种无溶剂、无碱的制备方式避免了传统方法对银基底的损伤，其热稳定性（耐受570K）和化学惰性为电子器件长期稳定运行提供了解决方案。

这项成果不仅阐明了NHCs与贵金属的键合机制，更推动了表面防护材料向高性能、绿色制备方向发展。未来可进一步探索不同杂环结构NHCs在铜、金等基底上的普适性应用。