【摘 要】
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二维材料Ti3C2 MXene具有较大的比表面积、优异的亲水性和导电性,在催化、储能、电磁屏蔽以及防腐涂层等领域有广阔的应用前景。Ti3C2MXene具有独特的层状结构,因而对H2O、O2和Cl-等腐蚀介质具有极好的阻隔性能。然而,优异的亲水性和导电性阻碍了Ti3C2 MXene纳米片在金属防腐领域的进一步应用。本文分别使用HF处理和LiF+HCl处理前驱体Ti3AlC2 MAX前躯体,制备出不同
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二维材料Ti3C2 MXene具有较大的比表面积、优异的亲水性和导电性,在催化、储能、电磁屏蔽以及防腐涂层等领域有广阔的应用前景。Ti3C2MXene具有独特的层状结构,因而对H2O、O2和Cl-等腐蚀介质具有极好的阻隔性能。然而,优异的亲水性和导电性阻碍了Ti3C2 MXene纳米片在金属防腐领域的进一步应用。本文分别使用HF处理和LiF+HCl处理前驱体Ti3AlC2 MAX前躯体,制备出不同形貌的Ti3C2 MXene-1和Ti3C2 MXene-2纳米片,对比研究了Ti3C2 MXene-1和Ti3C2 MXene-2对水性环氧涂层防腐性能的影响。接下来,成功合成了氨基功能化Ti3C2 MXene@ZP和Ti3C2 MXene@PANI纳米复合材料,并研究了氨基功能化Ti3C2MXene@ZP和Ti3C2 MXene@PANI两种纳米复合材料对水性环氧涂层防腐性能的影响。结果表明,Ti3C2 MXene-1和Ti3C2 MXene-2对水性环氧涂层的防腐性能表现出完全不同的影响,前者能够显著提升水性环氧涂层的防腐性能;氨基功能化Ti3C2 MXene@ZP和Ti3C2 MXene@PANI纳米复合材料使得水性环氧涂层具有长期和高效的防腐性能。(1)分别使用HF和LiF+HCl处理前驱体Ti3AlC2 MAX前躯体,制备出不同形貌的Ti3C2 MXene。发现HF处理的Ti3C2 MXene-1纳米片的片层较薄,片层平直,层间距均匀,呈现出“手风琴”形貌;而Ti3C2 MXene-2纳米片的片层较厚,片层弯曲,层间距不均匀,具有较明显的过度刻蚀痕迹。最后,对比研究了Ti3C2 MXene-1和Ti3C2 MXene-2纳米片对水性环氧涂层的防腐性能的影响,发现Ti3C2 MXene-1纳米片具有优异的阻隔性能,显著提升了水性环氧涂层的防腐性能;Ti3C2 MXene-2纳米片快速降低了水性环氧涂层的防腐性能,这归因于Li+的插层作用使得Ti3C2MXene-2的导电性比Ti3C2 MXene-1提升了两倍。(2)首先使用APTES对Ti3C2 MXene-1纳米片进行氨基功能化,然后使用超声协助-静电自组装法合成了氨基功能化Ti3C2 MXene@ZP纳米复合材料。在氨基功能化Ti3C2 MXene@ZP纳米复合材料中,高结晶度的ZP晶粒以薄膜的形式均匀地负载于氨基功能化Ti3C2 MXene纳米片的表面。与Ti3C2 MXene-1相比,氨基功能化Ti3C2 MXene@ZP纳米复合材料使得水性环氧涂层的防腐性能进一步提高。原因可以归结为:Ti3C2 MXene纳米片的阻隔作用与磷酸锌(ZP)的钝化作用的协同发挥,同时,氨基功能化Ti3C2 MXene@ZP纳米复合材料与水性环氧涂层具有良好的相容性。(3)首先质子化苯胺(ANI+)静电吸附于Ti3C2 MXene-2纳米片层表面,然后使用原位插层聚合法成功合成了Ti3C2 MXene@PANI纳米复合材料,大幅度地降低了Ti3C2 MXene-2纳米片的导电性。在Ti3C2MXene@PANI纳米复合材料中,高掺杂的PANI均匀地负载于Ti3C2MXene纳米片的表面及层间。与Ti3C2 MXene-2纳米片不同,Ti3C2MXene@PANI纳米复合材料使得水性环氧涂层具有长期和高效的防腐性能,这归因于Ti3C2 MXene纳米片的阻隔作用与聚苯胺(PANI)的钝化作用的协同发挥。
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