基于席夫碱反应构建核壳结构Ce-MOF纳米材料用于pH响应型自修复防腐涂层研究

本文推荐一种创新pH响应型自修复防腐涂层系统（CTAP-EP），通过席夫碱反应（Schiff base）在Ce-MOF纳米容器表面构建聚乙烯亚胺（PEI）壳层，封装单宁酸（TA）缓蚀剂。该设计利用酸性条件下动态可逆的席夫碱键断裂特性，实现TA的可控释放。实验表明CTAP-EP具有卓越防腐性能（|Z|0.01Hz=5.53×109 Ω·cm2）和四次自修复能力，其主动/被动防护机制源于TA与Ce3+的协同作用，为金属防腐提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过氧化TA与PEI的席夫碱反应构建核壳结构Ce-MOF纳米容器（CTAP），其PEI外壳作为酸响应"门控系统"，在pH降低时触发TA缓蚀剂的智能释放。这种动态可逆的化学设计解决了传统纳米容器缓蚀剂自发泄漏的难题。

Self-healing mechanism of CTAP-EP

首先，图17展示了CTAP-EP的自修复机制。作为填料的CTAP能使环氧树脂(EP)涂层更致密，显著延长侵蚀介质到达金属基底的路径。与普通EP相比，CTAP-EP展现出更强的被动防护性能。

当涂层受损时，金属基体开始腐蚀。图17a展示碳钢的电化学过程，图17b-c则揭示其主动防护机制：局部酸性环境使席夫碱键断裂，PEI壳层"开关"打开释放TA。TA的酚羟基与Fe²⁺/Fe³⁺形成螯合物覆盖阳极区，同时释放的Ce³⁺在阴极区生成Ce(OH)₃沉淀，双重作用实现微损伤自修复。

Conclusions

成功制备具有pH响应特性的CTAP-EP涂层系统。通过TA与PEI的席夫碱反应实现CTA封装，TA负载量高达11.76 wt%。浸泡35天后CTAP-EP仍保持5.53×10⁹ Ω·cm²的超高低频阻抗模量，划痕样品在12小时内呈现四次自修复响应（r_self-healing显著优于对照组）。该体系融合TA缓蚀剂与Ce³⁺的协同防护效应，为金属防腐工程提供创新解决方案。