传热壁面的腐蚀问题是导致换热设备失效的主要原因,也是腐蚀界的难题之一。二维材料的发现为开发新型换热设备防腐涂层提供了新的机遇。二维材料不仅具有独特的晶体结构和物理化学性能,而且种类繁多,其中最具代表性的是石墨烯及类石墨烯材料。石墨烯具有单原子层结构及分子不可渗透性,近年来在防腐领域倍受关注,被认为是“最薄”的防护材料。然而,石墨烯是导电碳材料,它具有较强的“腐蚀促进活性”,破损失效的石墨烯／聚合物复合防腐涂层可能诱发石墨烯-金属基体间的“微电偶腐蚀”并加剧金属基体的腐蚀,这极大地限制了石墨烯的防腐应用。类石墨烯二维材料具有与石墨烯类似的抗渗透性,但是目前对类石墨烯材料防护性能和“腐蚀促进活性”的研究还十分缺乏。为了推进二维材料在换热设备防腐领域的研究与应用,本论文以石墨烯加速金属基体腐蚀这一问题为出发点,提出了绝缘改性抑制石墨烯“腐蚀促进活性”和开发绝缘或半导体类石墨烯材料防腐两种策略,研究了所制备材料作为防腐填料的性能,深入分析揭示了填料“腐蚀促进活性”及其抑制机理,并给出了半导体防腐材料的选材依据,主要研究内容和结果如下：(1)“钝化”石墨烯／聚合物复合涂层的防腐性能及其“腐蚀促进活性”抑制机理研究。借助原位改性技术,分别采用苯胺、正硅酸乙酯和3-氨丙基三乙氧基硅烷对石墨烯进行绝缘改性,制备了系列低导电的“钝化”石墨烯材料。研究发现,包覆在石墨烯表面的绝缘改性材料与石墨烯形成了三明治结构,阻断了石墨烯和金属基体或石墨烯之间的电连接,有效地防止了石墨烯-金属基体间的微电偶腐蚀,使得“钝化”石墨烯／聚乙烯醇缩丁醛(PVB)复合涂层在破损后不会加速金属基体的腐蚀,实现了石墨烯“腐蚀促进活性”的抑制。与此同时,通过选择不同绝缘改性“钝化”材料和工艺,实现了对二维材料径厚比、相容性的调控。而且,“钝化”石墨烯材料呈现鳞片结构,绝缘包覆改性增加了石墨烯材料的刚度,它比未经改性的石墨烯更易在涂层中铺展和分散、更能增强腐蚀介质在涂层中渗透的迷宫效应,而且可以使PVB涂层的电阻提升4～6数量级、腐蚀实验寿命延长至少20倍。绝缘改性的“钝化”石墨烯策略普遍适用于可以在石墨烯表面吸附的分子,它不仅为解决石墨烯防腐应用的瓶颈问题提供了新思路,也为开发高效协同导热与防护性能的石墨烯基复合涂层提供了理论和技术支撑。(2)类石墨烯／聚合物复合涂层的防腐性能研究及其“腐蚀促进活性”机理研究。采用液相剥离技术制备了三种多层结构的类石墨烯纳米片：h-BN纳米片(BNNSs)、WS2纳米片(TDNSs)和MoS2纳米片(MDNSs)。研究发现,在PVB涂层中仅混入1.0wt.%纳米片可使涂层电阻提升了4--6个数量级,且经纳米片改性后的复合涂层在划伤后不会加速金属基体的腐蚀,没有表现出“腐蚀促进活性”,表明开发绝缘和半导体类石墨烯二维材料代替石墨烯作为防腐材料以避免“腐蚀促进活性”隐患是可行的。基于对金属与填料间的电子传递阻力和填料表面阴极反应消耗电子速率两个方面影响因素的进一步深入分析,揭示了类石墨烯填料“腐蚀促进活性”的本质,提出了以功函数值、阴极反应催化活性和导电率等为衡量指标的类石墨烯填料选材依据,丰富了涂层填料的研究理论；引入类石墨烯材料防腐的思路,拓宽了类石墨烯材料的应用领域,在制备绝缘、导热、耐磨等功能性防腐涂层领域也具有广阔的应用前景。