水性环氧树脂涂层因其力学性能好、化学稳定性好、环境友好等特点而被广泛应用于电子、工业、交通工程等领域。但现有的水性环氧树脂涂层存在着空间结构孔隙率高、腐蚀介质扩展阻力差、摩擦学性能不佳等缺点，严重阻碍了其在实际工程中的进一步应用。
Ti 3C 2T x MXene作为一种新兴二维材料自2011年发现以来便得到了广大研究者的青睐。Ti 3C 2T x MXene具有的比表面积大、层间摩擦系数低、力学性能优异、亲水性等特点为其用于提升水性环氧树脂的防腐耐磨性能提供了基本理论支撑。前期工作表明，将Ti 3C 2T x MXene加入到水性环氧树脂涂层中能改善其防腐耐磨性能（Progress in Organic Coatings 2019,135,156-167）。Ti 3C 2T x MXene纳米片作为二维填料能提高环氧树脂交联密度、力学性能及对腐蚀介质的阻隔能力（Carbon 2020,157,217-233; Journal of Materials Science and Technology 2020,54,144-159; Tribology International 2021,163,107196; Chemical Engineering Journal,2021,410,128310）。但是，Ti 3C 2T x MXene纳米片由于层间的范德华力易于团聚，不利于提升复合涂层的防腐耐磨性能，其与环氧树脂的界面相容性有待于进一步提高。此外，具有高导电性的Ti 3C 2T x MXene在与金属基体发生直接接触或者电接触时能与金属基体构成腐蚀微电池，反而促进金属基体的局部电化学腐蚀（Surface Topography: Metrology and Properties 2021, 9,035033）。因此，如何改善Ti 3C 2T x MXene纳米片层的团聚及抑制其电偶腐蚀效应，对提升Ti 3C 2T x MXene/环氧体系的防腐耐磨性能及走向实际工程应用起着至关重要的作用。
近日，西南交通大学材料服役行为研究团队樊小强研究员等人首先利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理探究了不同构型的Ti3C2Tx@MoS2异质结界面稳定性，并通过水热法一步制备了Ti3C2Tx@MoS2异质结复合材料。随后利用制备的Ti 3C 2T x@MoS 2异质结复合材料制备了复合环氧涂料并将其应用于低碳钢表面的腐蚀、磨损防护。理论计算表明，Ti3C2Tx@MoS2异质结界面稳定性与Ti3C2Tx表面官能团种类及其与MoS2的空间构型相关。实验结果表明，Ti3C2Tx@MoS2环氧复合涂层具有优异的防腐耐磨性能。该文章近日以题为“Hierarchical Ti 3C 2T x@MoS 2 heterostructures: A first principles calculation and application in corrosion/wear protection”发表在知名期刊 Journal of Materials Science and Technology上。论文的第一作者为西南交通大学博士生蔡猛，通讯作者为樊小强研究员。
图1.根据Ti3C2Tx MXene表面官能团的种类及MoS2结构所构建的不同构型的Ti3C2Tx@MoS2异质结界面。
图2.不同构型的Ti3C2Tx@MoS2异质结界面结合能计算。
图3.水热法一步制备Ti3C2Tx@MoS2异质结流程示意图。
图4.Ti3C2Tx MXene及Ti3C2Tx@MoS2异质结二维形貌图。
图5.纯环氧涂层及Ti3C2Tx@MoS2复合涂层的EIS表征。
图6.纯环氧涂层及Ti3C2Tx@MoS2复合涂层的摩擦学表征。
特别感谢国家自然科学基金、四川省科技项目以及西南交通大学分析测试中心的支持。
通讯作者简介：
樊小强，工学博士，特聘研究员，四川省特聘专家、四川省专家服务团专家。主要从事润滑与防腐材料及材料使役行为等方面的研究，以第一作者和通讯作者已在Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials and Interfaces、Nanoscale、Carbon、ACS Sustainable Chemistry & Engineering、Corrosion Science、Journal of Materials Science & Technology、Applied Surface Science、Journal of Colloid Interface Science、Tribology International和Friction等国际权威期刊发表SCI文章60余篇，授权国家发明专利12件，主持国家自然科学基金、四川省科技厅重点项目等10余项。兼任中国机械工程学会表面工程分会青年组特聘专家；中国机械工程学会材料分会委员；中国腐蚀与防护学会铁道设施专业委员会委员；四川省腐蚀与防护学会理事会理事等。获第七届“全国铁路青年科技创新奖”、获2016年度中国科学院院长优秀奖、第七届IFAM优秀青年科学家奖等荣誉。
课题组网站：
https://faculty.swjtu.edu.cn/fanxiaoqiang/zh_CN/index/136633/list/index.htm
来源：高分子科学前沿
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