Ultrathin Water-Responsive Zwitterionic Hydrogel Brush Coatings for Long-Term Corrosion Protection

腐蚀 材料科学 刷子 化学工程 自愈水凝胶 复合材料 纳米技术 高分子化学 工程类
作者
Fei Long,Xinwen Zhang,Li Xuan,Fei Sun,Tong Zhou,Lei Liu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (1): 1416-1427 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.3c13841
摘要

Preventing metal corrosion has usually been associated with water-repellent coatings that inhibit the penetration of aggressive chloride ions. Contrary to this conventional wisdom, we engineered ultrathin superhydrophilic zwitterionic hydrogel brushes rooted in a nanoporous anodic aluminum oxide (AAO) substrate that effectively hampered the adsorption of hydrated chloride ions (Cl-·H2O) on the Al alloy surface. The hydrogel brush coating enhanced corrosion resistance by 3 orders of magnitude, with corrosion current density declining from 1.518 to 1.567 × 10-3 μA cm-2. Despite suffering from long-term salt-spaying tests, zwitterionic hydrogel brush coating retained 2 orders of magnitude of corrosion resistance. Direct Raman spectroscopic evidence manifested that interfacial water comprised both highly ordered hydrogen-bonded water and disordered water containing hydrated Cl- ions. Under the hydration effect of zwitterionic hydrogel brushes, an interfacial disordered water structure dynamically transformed into a hydrogen-bonded water film. We correlated the structure and quantities of interfacial water with the corrosion current density and chloride adsorption. Hydrogen-bonded water improved by zwitterionic hydrogel brushes weakened the affinity and adsorption of hydrated Cl- ion water on the oxide film, resulting in excellent corrosion protection. Therefore, employing localized hydration tuning strategies, these findings are anticipated to generally empower ordered interfacial water to enhance metal corrosion resistance through precise interfacial engineering.
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