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海洋工程装备的腐蚀失效问题日益严峻，有机聚合物涂层作为隔离金属基体与腐蚀介质的关键屏障，其性能直接关系到设备服役可靠性。环氧基涂层因其优异的化学稳定性、强附着力、耐磨性和经济性而被广泛应用，但固化过程中产生的内部缺陷会成为氯离子、氧气和水分子渗透的通道，加速底层金属腐蚀。此外，海洋环境中的紫外辐射会激发环氧树脂中键能较低的化学键产生自由基，引发链式氧化反应，导致涂层微观缺陷增加、机械性能下降。因此，开发兼具防腐与抗紫外老化性能的多功能涂层成为海洋工程领域的研究重点。氧化铈纳米填料因其适宜的带隙和独特的Ce??/Ce3?氧化还原特性，在防腐和抗紫外领域展现出应用潜力，但其本征缺陷浓度有限，且纳米颗粒易团聚，制约了实际防护效果。
在这项研究中，研究人员通过水热法将锆掺杂氧化铈纳米颗粒锚定在羟基化氮化硼纳米片表面，制备了CeZrOx@BNNS复合纳米填料，并将其分散于水性环氧基体中制备复合涂层。表征结果显示，锆掺杂导致晶格收缩，显著增加了Ce3?缺陷态和氧空位浓度，使带隙从3.06 eV降至2.81 eV，紫外吸收能力增强。电化学测试表明，该复合涂层在3.5% NaCl溶液中浸泡42天后，低频阻抗模量仍达1.75×101? Ω/cm2，电荷转移电阻较纯环氧涂层提高137倍。紫外老化实验显示，经50小时氙灯加速老化后，CeZrOx@BNNS-EP涂层的色差值最低，附着力与疏水性保持率最高。机制研究表明，锆掺杂增强了纳米填料的自由基清除能力，通过促进阳极钝化形成致密Fe?O?保护膜，同时BNNS的二维片层结构提供了迷宫效应屏障，协同实现了主动/被动防腐与抗紫外老化的多重功能。
该研究建立了一种通过元素掺杂调控氧化铈缺陷工程的有效策略，系统阐明了锆掺杂浓度与防腐、抗紫外性能之间的构效关系。实验证实，锆离子掺入引起的晶格畸变不仅提高了氧空位和Ce3?浓度，增强了材料的抗氧化活性和自由基清除效率，还通过调控电子结构优化了紫外光吸收特性。氮化硼纳米片作为载体有效抑制了纳米颗粒团聚，其化学惰性和电绝缘性为涂层提供了额外的被动屏障保护。电化学阻抗谱和极化曲线分析表明，复合涂层的防护机制涉及阳极钝化过程，锆掺杂促进了金属/涂层界面处保护性Fe?O?膜的生成。该工作为设计高性能海洋工程防护涂层提供了理论依据和实践指导，所开发的CeZrOx@BNNS纳米填料在提升环氧涂层长期服役稳定性方面具有明确的应用前景。
信息来源：材料研究进展
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