中山大学《Advanced Functional Materials》：超分子界面调控，让海洋涂层兼顾防腐、抗菌与耐候

2026-11-04 14:30:39 作者：本网整理来源：网络分享至：

海洋防护涂层面对的并不是单一腐蚀问题。机械划伤会打开渗透通道，紫外辐照会破坏聚合物网络，微生物黏附又可能诱发局部腐蚀。传统屏障型涂层即使初始阻隔性较好，也很难在这些因素耦合作用下持续保护。

中山大学李昊、闫浩杰、闫世奇、张又林、胡会松、张钦昊、刘攀、吴连奎、刘宏伟、曹发和等联合宁波大学、东北大学研究人员，通过室温水相超分子自组装构建 GO-HHU-CuPN 纳米填料，并将其引入环氧涂层。相关成果以“Supramolecular-Reinforced Multifunctional Integrated Adaptive Coatings for Marine Protection”为题发表于《Advanced Functional Materials》。该策略不是简单叠加多种功能组分，而是用超分子界面调控把力学增强、缓蚀剂释放、光热缺陷限域、耐候和抗菌串成一套协同机制。

01 2D骨架、3D容器与超分子调控层

图外详解：图 1 给出材料架构。二维 GO 提供曲折扩散屏障；铈基 MOF 纳米晶 HHU 原位生长于 GO 表面，既抑制片层再堆叠，又形成多孔功能载体；最外层铜-单宁酸金属酚网络 CuPN 则作为超分子调控层，提高填料与环氧基体的界面相容性。三层结构对应三类任务：GO 延长水和氯离子的渗透路径，HHU 承担容纳与响应，CuPN 负责界面黏结、光热转换、抗菌和活性保护。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 1，DOI：10.1002/adfm.78648。

02 纳米异质结构被逐级构筑出来

图外详解：图 2 用 SEM、TEM、元素分布、红外、紫外可见、XRD、孔结构和 XPS 追踪两步组装过程。HHU 纳米晶均匀生长于 GO 表面，降低片层直接贴合；CuPN 进一步覆盖并引入 Cu 与单宁酸相关化学信号。元素映射和价态分析共同证明金属酚网络成功组装。作者据此把该复合物定义为兼具二维屏障、三维多孔节点和超分子界面的分级填料，而不是三种颗粒的物理混合。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 2，DOI：10.1002/adfm.78648。

03 界面调控同时改善分散、固化与黏附

图外详解：图 3 比较纯 EP、GO-EP、GO-HHU-EP 与 GO-HHU-CuPN-EP。纯环氧断面相对脆性，加入未经充分调控的填料后仍可见局部聚集；GO-HHU-CuPN 在基体中呈现更好的分散和界面结合。最优复合涂层的拉伸强度达到 27.4 MPa，高于纯 EP 的 16.3 MPa；初始黏附力由 3.16 MPa 提升至 7.44 MPa。论文将这种提升归因于机械互锁、氢键与配位作用协同传递应力，同时较低吸水率减缓界面劣化。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 3，DOI：10.1002/adfm.78648。

04 划痕处不只“堵住”，还会形成主动保护

图外详解：图 4 用扫描振动电极技术观察人工划痕附近的局部电流。纯 EP 在浸泡后出现并持续扩大阳极电流峰，表明腐蚀活动集中于缺陷；GO-HHU-CuPN-EP 的局部电流明显受到抑制。酸性环境促进单宁酸等组分释放，铈离子与金属酚组分可在受损界面参与钝化和络合。经近红外预处理后，划痕区的腐蚀电流进一步下降，说明光热升温还参与缺陷收缩和活性保护。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 4，DOI：10.1002/adfm.78648。

05 光热作用把缺陷限制在局部

图外详解：图 5 验证 CuPN 带来的近红外光热响应。GO-HHU-CuPN 分散液表现出浓度相关升温，并在多次加热-冷却循环中保持稳定；含该填料的涂层在 808 nm 激光照射下也能快速升温。人工划痕经 150 s 照射后宽度减少 32.1 µm。作者将其解释为局部升温提高环氧链段运动能力，使裂纹边缘发生收缩，同时把缓蚀组分集中在缺陷附近。这里更准确的表述是“光热缺陷限域”，而不是材料已经实现完全恢复原始结构的自修复。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 5，DOI：10.1002/adfm.78648。

06 紫外老化后仍保持较完整的保护网络

图外详解：图 6 比较 480 h 紫外老化前后的涂层。纯 EP 出现明显变色、孔洞和断面损伤，黏附力从 3.16 MPa 降至 1.20 MPa；GO-HHU-CuPN-EP 的断面仍较致密，老化后黏附力保持 5.31 MPa，低频阻抗模量的对数值由 9.69 降至 8.32。金属酚网络和芳香结构吸收紫外，并通过多酚基团捕获自由基，从而减缓聚合物链光氧化断裂。结果说明耐候性来自光屏蔽、自由基清除和界面稳定的共同贡献。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 6，DOI：10.1002/adfm.78648。

07 抗菌功能减少海洋生物污损的起点

图外详解：图 7 以大肠杆菌为模型比较菌落、活菌数量、荧光染色和表面黏附。GO-HHU-CuPN 及其复合涂层显著减少活菌和附着细菌，论文报告的抗菌率达到 96.2%。显微图中残余细菌出现膜形变和破坏。作者认为 Cu+/Cu2+ 与单宁酸组分的缓释、接触杀菌及渗透压失衡共同发挥作用。该结果证明了实验条件下的抗菌与抗黏附能力，但不能直接等同于所有海洋微生物群落中的长期防污效果。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 7，DOI：10.1002/adfm.78648。

08 100天浸泡检验长期防腐而非初始高阻抗

图外详解：图 8 汇总 3.5 wt.% NaCl 溶液中最长 100 d 的电化学阻抗谱、等效电路参数和去除涂层后的钢基底形貌。纯 EP 的低频阻抗持续衰减，基底出现明显腐蚀产物；分级填料逐步提高屏障和界面稳定性，其中 GO-HHU-CuPN-EP 在 100 d 后的阻抗模量仍高于 10^9.5 Ω·cm²。基底表面保留较完整抛光纹理，氯元素富集和腐蚀产物显著减少。这一长期结果把“曲折扩散路径—稳定界面—活性抑制”三部分机制连接起来。

图源：Li 等，《Advanced Functional Materials》2026，Figure 8，DOI：10.1002/adfm.78648。

结语

这项研究的核心价值，在于把多功能涂层从“组分堆叠”推进到“界面统一调控”。GO、MOF 与金属酚网络分别承担屏障、载体和响应任务，而 CuPN 调控层又把填料分散、基体黏结、光热转换、缓蚀释放与抗菌行为联系起来。由此得到的并非只在一个指标上突出的涂层，而是力学、黏附、耐候、抗菌和长期防腐之间的系统平衡。

需要注意的是，论文主要基于实验室配方、Q235 钢基底、加速紫外老化与盐水浸泡。真实海洋中的温度循环、流动冲刷、复杂生物群落、规模化施工和长期维护成本仍需进一步验证。

原文链接： https://doi.org/10.1002/adfm.78648

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