本文报道了一种在铜表面通过反向电极循环伏安法电聚合形成的稳定化Ti3C2Tx掺杂的3D囊泡聚吡咯（PPy-STi）复合涂层。由于十二烷基硫酸钠（SDS）的聚合物成核促进作用和Ti3C2Tx对析氢反应的催化活性，形成了具有扭曲扩散路径的独特囊泡状结构，这赋予了涂层对侵蚀性物质的强大屏障作用。同时，高金属导电性的稳定化Ti3C2Tx增强了PPy-STi涂层的整体电活性，从而在人工海水（ASW）中为铜提供了显著改善的阳极保护。依靠PPy-STi的耐受物理屏障和强大的阳极保护能力，涂层铜在ASW中浸泡10天后仍能保持其钝化状态。将MXenes集成到导电聚合物涂层中，以增强保护特性，可能为恶劣环境下电子设备的耐腐蚀性提供新策略。
       腐蚀会对宏观和微观基础设施造成重大经济损失和严重损害。对于精密设备而言，环境中材料的降解（如铜）会极大地影响其精度和使用寿命，因此需要有效的防腐措施。在多样化的保护策略中，应用涂层，特别是聚合物涂层，因操作简便、高效且耐用，在恶劣环境中对金属具有显著优势。与惰性涂层（如环氧树脂和硅烷）相比，导电聚合物（CPs）能有效隔离底层基材免受侵蚀性攻击，同时不损害其导电性，使其成为保护电子接触点的理想选择。此外，CPs也优选用于高性能电子设备（如芯片）的导电粘合，这些设备也迫切需要保护措施。
 
 
图1.铜表面PPy-STi涂层形成过程的示意图。
 
 
图2.不同PPy涂层在铜上电聚合的伏安曲线（左：a: PPy；b: PPy-Ti；c: PPy-S；d: PPy-STi）以及新制备的形貌（右，插图：光学图像）。
 
 
 
图3.自由站立PPy（a）、PPy-Ti（b）、PPy-S（c）和PPy-STi（d）层的横截面形态及其相应的润湿性（插图）。
 
 
图4.PPy、PPy-Ti、PPy-S和PPy-STi涂层的FTIR光谱(a)和XRD图谱(b)。
 
 
图5. 铜表面上PPy、PPy-Ti、PPy-S和PPy-STi涂层的解卷积XPS光谱 (a) C1s, (b) N1s 和 (c) O1s。
 
 
图6. 在298 K的ASW中分配浸泡时间后，涂覆有PPy（a）、PPy-Ti（b）、PPy-S（c）和PPy-STi（d）的铜试样的极化曲线。
 
 
图7.在298 K下在ASW中分配浸泡时间后，PPy（a）、PPy-Ti（b）、PPy-S（c）和PPy-STi（d）涂层铜的Nyquist（左）和Bode（右）谱。
 
 
图8.不同涂层样品阻抗参数的等效电路
 
 
图9。EFM谱（左），衍生i_corr、CF2/3值（中）和Tafel斜率（右）对于PPy（a）、PPy-Ti（b）、PPy-S（c）和PPy-STi（d）涂层铜在298 K下在ASW中分配浸泡时间后的结果。
 
 
图10.在298 K下在ASW中浸泡10天后，PPy（a）、PPy-Ti（b）、PPy-S（c）和PPy-STi（d）涂层的表面形态。
 
 
图11.SEM（a1-d1）和AFM（e-h）图像（黄色箭头：腐蚀缺陷），铜表面在PPy（a，e）、PPy-Ti（b，f）、PPy-S（c，g）和PPy-STi（d，h）涂层下的光学形态（a2-d2）和润湿性（a3-d3），在298 K下在ASW中浸泡10天后的结果。
 
 
图12.优化（左）、FFV测量（中）和特定体积（右）对于PPY（a）、PPY-Ti（b）、PPY-S（c）和PPY-STi（d）涂层的周期性模型。
 
 
图13.298 K下ASW中PPy、PPy-Ti、PPy-S和PPy-STi涂层试样的保护机制示意图。
 
        本文通过反向电极法在钝化铜表面制备了基于PPy的复合涂层。将Ti3C2Tx纳米片掺杂到PPy基质中增强了涂层在铜上的粘附强度、导电性和沉积密度。同时，SDS防止了Ti3C2Tx胶体氧化和水解，促进了其在PPy网络中的稳定性。PPy和MXene增加的堆积密度以及铜表面催化的氢析出反应产生了PPy-STi涂层的囊泡结构（58.20 µm）。相比之下，SDS稳定的Ti3C2Tx产生了具有强PPy电活性的涂层，保持了底层铜的钝化状态。因此，在ASW中，阳极保护在PPy-STi保护样品的暴露期间占主导地位，因为表观icorr持续降低，而Rct增加。非破坏性EFM结果支持了不同涂层电活性的推断，因为电流响应具有相似的变化趋势。同时，物理屏障在延缓铜腐蚀方面发挥了关键作用。由于多孔结构和有限的阳极保护能力，ASW不可避免地穿透PPy、PPy-Ti和PPy-S涂层并损坏基材。相比之下，PPy-STi保护的样品在ASW中浸泡10天后仍能保持钝化表面，证实了其持久的阳极保护效果。

文献创新点
‌新型复合涂层材料‌：
‌稳定化Ti3C2Tx掺杂的3D囊泡聚吡咯涂层‌：本文提出了一种新型复合涂层材料PPy-STi，通过将稳定化的Ti3C2Tx纳米片掺杂到聚吡咯（PPy）基质中，形成了具有独特3D囊泡结构的复合涂层。
‌独特的囊泡状结构‌：
‌形成机制‌：利用十二烷基硫酸钠（SDS）的聚合物成核促进作用和Ti3C2Tx对析氢反应的催化活性，成功制备出具有扭曲扩散路径的囊泡状结构。这种结构为涂层提供了强大的物理屏障，有效阻挡侵蚀性物质的渗透。
‌增强的阳极保护能力‌：
‌高金属导电性‌：稳定化的Ti3C2Tx具有高金属导电性，显著增强了PPy-STi涂层的整体电活性，从而在人工海水（ASW）中为铜提供了显著改善的阳极保护。
‌持久的保护效果‌：依靠PPy-STi涂层的耐受物理屏障和强大的阳极保护能力，涂层铜在ASW中浸泡10天后仍能保持其钝化状态。
‌反向电极电聚合方法‌：
‌制备方法创新‌：采用反向电极循环伏安法电聚合形成复合涂层，该方法能够在钝化的铜表面有效沉积PPy-STi涂层，并赋予其良好的粘附性和电活性。
‌理论模拟与实验验证相结合‌：
‌多尺度研究‌：结合分子动力学（MD）模拟和实验验证，深入探讨了PPy-STi涂层的形成机制、结构特性和保护机制，为复合涂层的进一步优化和应用提供了理论依据。
‌潜在的工业应用前景‌：
‌新材料开发‌：本文开发的PPy-STi复合涂层在恶劣环境下对铜等金属具有显著的防腐效果，为电子设备的耐腐蚀性提供了新的解决方案，具有潜在的工业应用前景。

转自《石墨烯研究》公众号