金属腐蚀问题遍及 众多 领域， 涂层技术 由于其操作简单、成本低、 效率高 、 应用范围广，是金属 表面 防护的有效方法 。然而，涂层中的裂纹和微孔等缺陷限制了 其 长效性 能 。 二维材料复合涂层显示出独特的优势。 与石墨烯、氮化硼等二维材料相类似， MXene 具有优异的物理阻隔能力、高径厚比、超薄厚度、表面丰富的官能团及良好的机械稳定性等特性。与其他二维材料 区别 在于： MXene 结构和化学组成的多样性；丰富和可控的表面化学 特性 ； Ti 3 C 2 T x 氧化成 TiO 2 作为涂层填料；表面存在 -OH ，可与 LDH 相互作用；具有比氧化石墨烯更高的电导率；具有强的近红外吸收系数和高的光热转换效率； MXene 涂层具有良好的紫外屏蔽性能； 具有更低的摩擦系数和更长的磨损寿命。 因此 ， MXene 复合涂层可 用于 金属 表面防护 。

上海电力大学 、上海市电力材料防护与新材料重点实验室 曹怀杰 近年来围绕 MXene 复合 防腐涂层 开展研究。 在前期 通过一步电沉积构筑仿生分级结构的 MXene 复合涂层 （ Journal of Colloid and Interface Science 2024, 685, 865-878 ） 、 超薄 MXene /DTMS 防腐耐磨 涂层 （ Corrosion Science 2024, 232 : 112044 ） 研究其在模拟 质子交换膜燃料电池（ PEMFC ） 环境下的耐蚀性及防护机制、 总结 了 MXene 区别于其他二维材料用于金属表面防护的原因、 MXene 自修复涂层 、 MXene 在清洁新型能源领域 及电力设备 金属表面防护 中的 研究进展 （ Composites Part B: Engineering, 2024, 271: 111168 , Advances in Colloid and Interface Science, 202 5, 335 : 103340 ; Advances in Colloid and Interface Science, 202 5, 336 : 103373 ; Advances in Colloid and Interface Science , 2025, 341: 103505 ）基础上，近期针对 MXene 复合 防腐 涂层研究取得系列进展 （ Corrosion Science , 2025, 249: 112854 ; Green Chemistry , 2025, 27(16): 4369-4384 ; Corrosion Science , 2025 , 255 : 113088 ） 。

1. 质子交换膜燃料电池环境下 MXene / 壳聚糖复合涂层 的腐蚀防护行为

本文 提出 了 利用两步电沉积法构建 MXene / 壳聚糖复合涂层。 结合 表面形貌、 组成 、 导电性能 分析 、电化学测试、原位腐蚀实验、 SKPFM 探针分析，研究了 其 在 模拟 PEMFC 环境下的 耐蚀性能及 防护机制。相关成果 “ Relocation of surface potential induced stable corrosion resistance of thin MXene /chitosan composite coating on Al alloy bipolar plates in PEMFC environments ” 于 近期 发表在 腐蚀 领域顶级期刊 《 Corrosion Science 》 上 。 论文第一作者是上海电力大学环境与化学工程学院 2022 级研究生王天歌，通讯作者曹怀杰。

本研究 提出了一种 电沉积工艺 构建 MXene / 壳聚糖 复合 涂层。 在模拟 PEMFC 环境下， 相比 其他防护涂层， MXene 复合 涂层展现出稳定的 耐蚀 性能。 MXene 的引入，可提高 涂层的物理阻隔性及表面耐磨性 。 对比单次电沉积制备的复合涂层，两步电沉积构建 的 MXene 复合涂层表面更为致密。壳聚糖层可提供优异的粘附性。

图 1 MXene / 壳聚糖复合涂层设计思路、微观 结构 及化学 组成 分析

利用优化的两步电沉积工艺，在经过聚乙烯亚胺（ PEI ）处理之后铝合金表面构建 ~11 μm 厚的 MXene / 壳聚糖复合涂层。表面形貌及 EDS 证明涂层相对致密的结构及所含主要元素分布。结合红外及 XPS 结果分析，证明涂层中 Ti 3 C 2 T x MXene 及壳聚糖的存在。

图 2 MXene / 壳聚糖涂层表面 SKPFM 分析

结合 涂层表面电势分析， MXene 引入到复合涂层中，表面电势差减少，引起表面电势重构。浸泡后的样品表面出现 相同电势分布 结果， MXene 复合涂层表面电势呈现更低值。在 MXene 复合涂层中，表面电势 重构影响金属表面功函数，对涂层耐蚀性能产生影响。

2 . 环保自修复 MXene 复合涂层

本文 提出了利用单宁酸修饰 MXene 构建环保型自修复防腐涂层，相关成果“ Enhanced corrosion resistance of eco-friendly MXene composite coating with self-healing performances ”于近期发表在化学领域权威期刊 《 Green Chemistry 》 上。 论文第一作者是 上海电力大 学环境与化学工程学院 2023 级 研究生马晓晴，通讯作者曹怀杰。

本文 提出了一种电沉积工艺在铝合金表面构建单宁酸修饰 MXene / 肉豆蔻酸钙复合涂层（ TA@MXene /MA ）。结合 MXene 的高阻隔性及丰富表面官能团、肉豆蔻酸钙表面疏水性、单宁酸缓蚀剂作用，实现在 3.5wt.% NaCl 溶液中稳定的耐蚀性。相比于肉豆蔻酸钙涂层， MXene 的引入，可提高涂层的耐蚀性。量化获得的 TA@MXene 的产率约为 47% 。对比肉豆蔻酸钙 / MXene 复合涂层，单宁酸的引入，可实现自修复性能。对比目前自修复功能涂层设计，涂层制备流程耗时短，无需高温处理和避免有毒试剂使用，自修复效率达 99% 以上，相对绿色环保。

图 3 TA@MXene /MA 涂层 自修复 过程及性能对比

3 . MXene /Zn-Al LDH 复合涂层 在干湿 / 温差交替环境下的腐蚀行为

本文 利用共沉淀和自组装的方法在铝合金上制备 MXene /Zn-Al LDH 复合涂层，建立 了 干湿 / 温差交替 环境 模拟体系，研究了 MXene 复合涂层的腐蚀行为。相关成果“ Enhanced corrosion resistance of MXene /Zn-Al LDH coating on Al alloy under dry/humid and temperature alternating environments ” 于近期发表在腐蚀领域顶级期刊 《 Corrosion Science 》 上。论文第一作者是上海电力大学环境与化学工程学院 2023 级研究生 龚保龙 ，通讯作者曹怀杰。

图 4 MXene /Zn-Al LDH 复合涂层 在干湿 / 温差交替环境中的腐蚀防护行为

以上 研究得到国家自然科学基金、 上海市扬帆计划 、 上海市电力材料防护与新材料重点实验室经费支持。

来源：高分子科学前沿

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