石墨烯及其類石墨烯二維層狀材料得益于超薄二維納米材料強烈的面(miàn)内共價鍵和原子級厚度表現出了獨特的物理、電子和化學(xué)特性。而制備具有特定尺寸、厚度、晶格和表面(miàn)特性的超薄二維納米層狀材料是開(kāi)展其多個領域特别是聚合物複合材料和塗層應用的關鍵。中國(guó)科學(xué)院甯波材料技術與工程研究所海洋新材料重點實驗室海洋功能(néng)材料團隊趙海超研究員研究小組自2014年以來潛心研究以石墨烯爲主的及其類石墨烯如六方氮化硼、過(guò)渡金屬硫化物以及層狀雙氫氧化物、粘土、導電高分子的層狀二維納米材料的制備或剝離技術。通過(guò)自下而上合成(chéng)法和自上而下的液相無損剝離、表面(miàn)化學(xué)改性和功能(néng)分子誘導異質組裝制備了系列在聚合物塗層中具有良好(hǎo)分散性和功能(néng)性的二維層狀納米材料。進(jìn)一步在研究小組發(fā)展的特種(zhǒng)塗層用環氧樹脂如水性環氧、耐高低溫耐候環氧、仿生濕粘結環氧、超疏水低表面(miàn)能(néng)抗粘附環氧、生物基環氧和環氧雜化體的基礎上成(chéng)功制備了系列功能(néng)性環氧防腐、耐磨、潤滑、抗菌塗層。系統性代表性工作發(fā)表在Chem. Eng. J. [2018 (255-266), 2018 (940-951), 2020 (123160), 2020 (124435)]; ACS Appl. Mater. Inter. [2015 (17641–17648), 2017 (34294-34304), 2018 (36229-36239)]; Carbon [2017 (356-366), 2018 (41-48), 2019 (511-520), 2019 (164-176)]; Corrosion Science [2018 (187-198), 2019 (108131），2019 (9-21), 2020 (108555), 2020 (108825）]; J. Hazard. Mater. [2019 (244-255), 2020 (122215), 2020 (121019)], Nanoscale [2018 (8115-8124), 2020 (3194-3204)]。相關研究成(chéng)果已經(jīng)授權20多項中國(guó)專利、2項美國(guó)專利、1項日本專利，申請6項PCT專利。
近日，中科院甯波材料所海洋功能(néng)材料團隊博士研究生邱詩惠、王立平研究員、趙海超研究員針對(duì)二維有機框架材料的構建及其獨特應用的擴展，在Corrosion Science上發(fā)表了題爲“Ultrathin metal-organic framework nanosheets prepared via surfactant-assisted method and exhibition of enhanced anticorrosion for composite coatings”的最新研究工作。有機框架材料在大多數化學(xué)環境中都(dōu)表現出較好(hǎo)的熱穩定性和結構剛性，但在實際應用中面(miàn)臨晶體結構易坍塌、性能(néng)受環境濕度影響較大等問題。基于金屬的腐蝕防護對(duì)材料穩定性的較高要求，構建一種(zhǒng)水穩定類石墨烯有機框架材料用于金屬表面(miàn)塗層塗裝是非常有必要的。該工作利用表面(miàn)活性劑協助法實現了Cu（II）離子與卟啉配體在二維層面(miàn)上實現預組裝和配位，從而制備得到了具有超薄厚度（1-3nm）的金屬有機框架納米片（Cu-TCPP）（圖a和圖b）。構建的Cu-TCPP納米片尺寸均一，具有較好(hǎo)的水穩定性。基于MOF與環氧樹脂基體的Raman特征峰強度比值的面(miàn)分布圖，對(duì)比相同含量Cu-TCPP的複合塗層可以看出，相比于傳統各向(xiàng)同性生長(cháng)的MOF Bulk材料，超薄MOF納米片在有機塗層中呈現出連續的同濃度梯度區（圖c），這(zhè)有利于提高塗層的屏蔽性能(néng)。進(jìn)一步探究Cu-TCPP有機複合塗層的腐蝕防護性能(néng)我們發(fā)現，超薄MOF納米片的加入有效降低了複合塗層的損傷指數并提高了塗層的耐水性和耐離子滲透性（圖d）。一方面(miàn)，超薄MOF納米片的羧基官能(néng)團能(néng)夠和氨基固化劑之間形成(chéng)化學(xué)鍵，以提高環氧塗層的整體性和緻密性；另一方面(miàn)，極性較小的卟啉配體與銅離子構建成(chéng)爲具有疏水性的微米級網絡，能(néng)夠有效阻隔水和離子的透過(guò)。
本研究得到了國(guó)家傑出青年科學(xué)基金項目（51825505）、王寬誠率先人才計劃盧嘉錫國(guó)際團隊（GJTD-2019-13）、中國(guó)科學(xué)院戰略重點研究計劃（XDA13040601）及中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目（QYZDY-SSW-JSC009）等項目的資助。
圖a Cu-TCPP MOFs的制備示意圖；圖b Cu-TCPP MOFs的形貌；圖c Cu-TCPP MOFs在有機塗層中的分散性對(duì)比；圖d Cu-TCPP MOFs/有機複合塗層的腐蝕防護性能(néng)探究
（中科院海洋新材料與應用技術重點實驗室 邱詩惠）
