【儀表網 研發(fā)快訊】海洋船舶、海上平臺、海水管路，碼頭鋼樁、海上風電和海水養(yǎng)殖網箱等海洋設施設備與水生環(huán)境長期直接接觸，極易受到生物污損的侵害，造成燃料消耗增加、服役壽命下降及安全風險加大等不利影響。生物污損具有危害面廣、防治復雜等特點，已成為世界性難題。尤其是近年來，隨著國家各類新型海洋裝備設施不斷投入使用，生物污損問題已成為制約水下設施設備安全高效運行的瓶頸問題之一。涂層防污技術因其普遍適用性和良好的經濟性得到廣泛應用，但傳統(tǒng)防污涂層因含有大量烈性毒劑而對海洋生態(tài)造成嚴重危害。自2008年全球禁止使用有機錫防污涂料以來，防污材料面臨著愈加嚴厲的環(huán)保要求，許多已開發(fā)的防污材料難以滿足環(huán)境友好、廣譜高效防污的需求。要有效防治生物污損，需綜合考慮經濟、環(huán)境、安全等因素，采取多樣化的抗菌防污策略。
 

　　中國科學院寧波材料技術與工程研究所海洋關鍵材料重點實驗室苛刻環(huán)境材料耦合損傷與延壽團隊長期致力于新型環(huán)保抗菌防污材料的設計、規(guī)?；煽刂苽洹⒓巴繉釉诤Ｑ罂量汰h(huán)境下污損防護等方面的微觀機制與工程應用研究(J. Colloid. Interf. Sci. 2024, 653 (Pt A), 833-843.、Prog. Org. Coat. 2024, 186, 108075-108085.、J. Colloid. Interf. Sci. 2023, 629, 496-507.、Adv. Mater. Interfaces 2022, 9 (9), 2101920-2101929.、Prog. Org. Coat. 2022, 167, 106864.、J. Colloid. Interf. Sci. 2022, 607, 1424-1435.)。近日，該團隊提出了基于多元協同增效防污和綠色防污的材料設計思路，開發(fā)了一套光催化/自更新雙效防污的g-C3N4納米片/可降解聚席夫堿基復合材料體系。聚席夫基底樹脂作為一種完全可降解的樹脂，具有自更新表面和環(huán)保防污特征，但其防污效率有待提升。g-C3N4二維納米片具有高效光催化殺菌能力且兼具環(huán)保型，但其在涂層體系中的高效利用和光催化功能失活問題有待解決。本研究工作提出將光催化抗菌g-C3N4超薄二維納米片(g-C-NS)與可降解的聚席夫堿基樹脂復配，設計并構建了一種二元協同復合防污涂層體系(圖1)。二元協同防污涂層的可降解特征促使內部包埋的光催化劑逐步暴露于防污界面，實現催化劑的100%高效利用和按需釋放。同時，光催化劑的光響應特征可有效調控涂層的降解能力(1~40倍可調)和增強其防污能力，實現超99%的高效抗細菌粘附和保持表面長效潔凈。即使在光照不足的情況下，涂層的降解-自我更新特性也能保持表面清潔，抗細菌粘附率達94.58%。本文報道的復合涂層實現了光響應降解和殺菌的協同作用，能有效防止細菌在水體中增殖，從而增強了在實際水生環(huán)境中使用這種策略防治生物污損的潛力。
 

　　相關研究成果以題為“Designing a photocatalytic and self-renewed g-C3N4 nanosheet/poly-Schiff base composite coating towards long-term biofouling resistance”(DOI: 10.1039/d4mh00550c)發(fā)表在英國皇家學會旗艦期刊Materials Horizons。寧波材料所碩士研究生吳賽君為論文第一作者，寧波材料所嚴明龍助理研究員、趙文杰研究員為論文通訊作者。上述工作得到了國家自然科學基金(52103133、52105230)、浙江省重點研發(fā)計劃(2023C03013、2022C01183)、寧波市科技創(chuàng)新2025重大項目(2020Z053)、寧波材料技術與工程研究所“所長基金”(2023C01089)的支持。
 

圖1 g-C3N4納米片/聚席夫堿基復合防污涂層的設計思路與防污機制