绿色石墨与h-BN异质结构增强环氧复合涂层的腐蚀防护性能及可持续性研究

针对传统环氧涂层在海洋环境中长期防护不足的问题，研究人员通过构建绿色石墨(GG)与六方氮化硼(h-BN)异质结构，开发出新型环氧复合涂层。该涂层在3.5% NaCl溶液中使碳钢腐蚀率降低99.3%，表面粗糙度(Ra)下降28.3%，反射率媲美传统锌基涂层，为无毒性可持续防腐材料提供了新方案。

　　

海洋环境中的金属腐蚀是工业领域长期面临的严峻挑战，传统环氧树脂(E)涂层虽成本低廉，却易受水解降解影响，难以提供长效保护。更棘手的是，当前主流的锌基防腐涂料存在毒性问题，而石墨烯等新型材料又面临分散性差、可能加速电偶腐蚀的困境。如何开发兼具高效防护、环境友好且美观实用的涂层材料，成为涂料工业的"卡脖子"难题。

西孟加拉邦米德纳波尔当地供应商提供的农业生物质废弃物，在研究人员手中焕发了新生。通过热解转化制备的绿色石墨(GG)与六方氮化硼(h-BN)形成独特异质结构，这种源自"垃圾"的高性能材料展现出惊人潜力。发表在《Surfaces and Interfaces》的研究表明，GG/h-BN(3:1)复合涂层不仅将碳钢的腐蚀速率(CR)压制到近乎归零，更通过独特的层状结构填补环氧微观孔隙，使涂层疏水性提升37.2%。尤为可贵的是，白色h-BN的加入成功中和了石墨的暗色特性，使涂层反射率达到工业美学标准，实现了防护性能与商业价值的完美平衡。

研究团队采用三步法合成策略，通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱确认材料特性。电化学工作站进行线性扫描伏安法(LSV)和电化学阻抗谱(EIS)测试，结合三维光学轮廓仪量化表面粗糙度。来自农业废弃物的GG富含环氧基、羟基等官能团，与经硅烷处理的h-BN产生协同效应，这种"变废为宝"的设计思路为可持续发展提供了典范。

材料表征
XRD图谱揭示GG/h-BN(3:1)异质结构成功保留了h-BN的(002)晶面特征峰(26.7°)，同时GG的宽化峰表明其缺陷结构有利于增强界面结合。SEM-EDS证实硅元素均匀分布，源自生物质的天然硅酸盐成为增强界面结合的"天然粘合剂"。

腐蚀防护性能
EIS数据显示复合涂层阻抗值比纯环氧提高两个数量级，72小时浸泡后仍保持90%以上防护效率。LSV测试显示腐蚀电流密度低至0.003 μA/cm²，较纯环氧降低97.8%。三维形貌分析显示R_a值降至0.82 μm，裂纹密度减少83%，证实异质结构能有效阻断腐蚀介质渗透。

光学特性
UV-Vis-NIR光谱显示复合涂层在550 nm波长反射率达68%，接近锌基涂料水平。CIE Lab色度坐标中b*值(黄蓝轴)仅为1.2，显著改善传统碳基填料的发黄问题，满足工业涂装对色彩稳定性的严苛要求。

这项研究开创性地将农业废弃物转化为高性能防腐材料，其99.3%的腐蚀抑制效率刷新了生物质基涂料的纪录。h-BN的引入不仅提升屏障性能，更巧妙解决了石墨基材料的光学缺陷，使涂层同时具备"隐形防护盾"和"美白滤镜"双重功能。研究团队开发的绿色合成工艺无需复杂改性步骤，硅元素的原位利用更展现出"师法自然"的智慧。该成果为船舶、海洋工程等领域提供了可替代有毒铬酸盐涂料的可持续解决方案，预计可使防护涂层寿命延长3-5倍，同时降低30%以上的生产成本，对推动"双碳"目标下的产业升级具有重要战略意义。