随着传统化石燃料和传统能源的逐渐枯竭和环保意识的提高，寻找更加清洁和绿色的能源已刻不容缓。氢能（H2）由于其高燃烧热和可持续性毫无疑问被认为是一种可替代的能源。但如何更加安全和可靠地输送和利用氢气是目前面对的主要问题，这是因为氢气气体分子小，容易渗透到金属内部，发生氢脆，导致装备或运输管道失效，发生泄漏从而造成重大损失。因此如何有效降低氢渗透是利用氢能亟需解决的问题之一。之前有研究人员提出采用有机涂层或膜来有效降低氢的渗透率。然而，在实际管道运输过程中的涂层防腐能力也必须保障，这是因为恶劣的潮湿腐蚀环境也会导致输氢管道或装备的失效，从而导致氢气储运风险。因此，开发出一种既能有效降低氢渗透又能提升防腐能力的有机复合涂层至关重要，且对于大规模氢能利用具有重要意义。
针对上述问题，天津大学汪怀远教授团队进行细致探索研究，提出基于二维片状材料（GFs）作为抗氢气渗透和防腐填料，利用水热法在其表面原位生长低表面能改性的纳米稀土作为储氢和缓蚀的纳米粒子，调控涂层组成-微结构和界面特性从而获得FAS-CeO2@GFs/EP复合涂层，可涂覆在各种金属材料表面。由于增强屏蔽和稀土独特氧空位吸附效应，减少了树脂中的自由体积，功能涂层可阻止腐蚀介质的进一步渗透，大幅降低H2和腐蚀性介质的渗透扩散作用。最佳涂层样品在盐水浸泡60 d后仍能维持2×1010ohm•cm2的低频区高阻抗值，并且可以耐受连续苛刻的盐雾试验。与纯树脂涂层相比，功能涂层的H2渗透系数降低65.6%，附着强度高达6.35 MPa，具有广泛的工业应用前景。
图1.（a）制备复合填料时发生的具体化学方程式；（b）复合填料的制备过程；（c）复合涂层的制备流程
图2. 不同填料含量涂层横截面：（a）30%；（b）40%；（c）50%；（d）60%
图3.（a和b）适用于复合涂层和纯EP涂层的等效拟合电路图；（c和d）根据等效电路图所计算出的Rp和Rct值
图4.（a）纯 EP 中腐蚀性介质渗透过程图；（b）FAS-CeO2@GFs/EP中腐蚀性介质渗透；(c) 填料含量过多时腐蚀介质在复合涂层中的渗透作用；(d) EP涂层和基板界面发生的氧化还原反应；（e）和（f）FAS-CeO2@GFs/EP复合涂层和基板界面处形成纳米钝化层
图5.（a）复合涂层的H2 GTR数值及纯EP不同填料含量的复合涂层的H2渗透系数值；（b）气体渗透仪；（c-e）复合涂层的H2气体分子渗透过程和气体分子数量减少机理示意图；（f1-f4）CeO2晶格结构所产生的的氧空位的吸氢过程
相关工作以“A novel dual-functional epoxy-based composite coating with exceptional anti-corrosion and enhanced hydrogen gas barrier properties”为题发表在《Chemical Engineering Journal》。天津大学化工学院博士研究生袁思成为论文第一作者，通讯作者为天津大学化工学院汪怀远教授。
汪怀远，天津大学讲席教授，化工学院副院长，杰青，国家万人计划入选者等，化工安全与装备技术天津市重点实验室主任，管材腐蚀与防护技术研发中心主任。长期从事油气存储与流动保障技术、材料表界面设计与强化、新型功能涂层、CCUS中腐蚀与防护、能源装备防护等研究。承担了20余项省部级以上科研项目及龙头企业研发课题。主编专著/教材2部，申请国家发明专利60余项，授权美国专利2项，发表中英文论文180余篇，其中SCI论文160篇。曾获国家技术发明二等奖、全国百篇优秀博士论文，及其它省部级奖励8项。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137876
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