Page 157 - 2025年7月防腐蚀专辑

王 ：碳量子点纳米材料在金属防腐中的应用现状

目前金属防腐的常规方法，如电化学保护，耐蚀 成稳定的化学吸附，在金属基体表面形成吸附膜层，
材料，涂层、 层及缓蚀剂保护等均存在一定的环保 驱替金属表面腐蚀介质，从而起到抑制金属腐蚀的
压力。电化学保护中常用的 阳极法，消耗大量 作用；同时这些官能团能够与树脂中的氨基、羧基、
锌，造成局部环境锌离子浓度超标。涂层、 层及缓 羟基反应。因此，目前碳量子点纳米材料在防腐领
蚀剂中含有的毒性离子、分子以及重金属等环境污 域的应用研究主要是作为缓蚀剂和防腐涂料的功能
染物都是促使其进一步向绿色环保型转变的原因。 填料等。
碳量子点（CQD）作为一种尺寸≤10 nm 的球型碳 1. 1 碳量子 蚀剂的应用研究现
基零维纳米材料，具备良好的水溶性及生物相容性、 碳量子点表面含有丰富的含氧活性官能团，能
低毒性，以其环境友好、原料来源广、成本低等优点， 够吸附于金属表面，起到抑制腐蚀的作用。但仅具
在医学成像技术、环境监测、化学分析、催化剂制备、 有含氧、氮元素的活性基团，其缓蚀性能往往不佳，
能源开发等领域受到广大学者的关注而被深入研 因此广大科研工作者，对制备含有N、P、S等杂原子的
究 。碳量子点具备的荧光可标记、纳米材料的表面 功能化碳量子点开展了深入的研究，以期在碳量子
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效应以及其表面丰富的活性基团等特点，为其在功 点中引入更多的活性基团和电负性强的元素，增加
能化改性上提供更多的可能，使其在腐蚀防护领域 其与金属表面的 定位点，提升缓蚀性能。
具备良好的应用前景。 根据原材料分类，碳量子点类缓蚀剂主要分为

1 量 的制 其在 的 有机小分子类、稀土元素类及生物质类。

应用 1. 1. 1 有机 分子原材料制备的 量子点
由于 N、O、S 杂原子有较强的电负性，给电子能
碳量子点的制备方法一般分为自上而下法和自 力较强。缓蚀剂的结构中含有 N、O、S 杂原子时可以
下而上法。自上而下法是指，通过对块状石墨化碳 增强其在金属表面吸附能力，因此研究人员通过选
材料进行氧化、还原、剥离、剪切等处理，将大尺寸的 取含有 N、O、S 等杂原子的有机小分子制备 N、S 等
碳材料转变为小尺寸的碳量子点；自下而上法是指， 杂型碳量子点，以提高其缓蚀性能。
通过逐步有机合成、高温热解、自发化学反应、物理 Luo 等 [3-4] 采用丝氨酸合成的氮 杂碳量子点
方法的处理，使小分子化合物发生融合或者碳化以 （NCDs）和采用 酸铵和甲硫氨酸合成的氮和硫
制备碳量子点。自上而下法主要包括电 放电法、 杂的碳量子点（N，S-CDs）。结果表明，180 ℃下加热
激光 蚀法、超声波处理以及电化学氧化法；自下而 1 h 合成的 NCDs 缓蚀效率最佳（90%）；N，S-CDs 则表
上法主要包括水热法、模板法、微波辅助法以及固相 现出优异的缓蚀性能，缓蚀效率最高可达 96%。Cen
法。其中微波辅助法和固相法由于制备的碳量子点 等 以 4-氨基水 酸和硫脲为前驱体制备 N，S 杂
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粒径不均匀、分离纯化困难，不适宜大规模生产 。 碳量子点，并研究在 50 ℃ CO 饱和的 3. 5%NaCl 溶液
[2]
2
电 放电法、激光 蚀法、超声波处理和电化学氧化 中，其对碳钢的缓蚀作用；结果表明，碳量子点通过
法除了上述缺点外，还消耗大量能量，且实验操作复 所含的氮原子和硫原子，被化学吸附到金属表面，从
杂，同样不适宜大规模生产。模板法是利用特定结 而防止金属介质被腐蚀 ，在缓蚀剂质量浓度为
构和尺寸的模板，限制碳源的生长和聚集，获得尺寸 50 mg/L 时就可具备较好的缓蚀效率。Ye 等 制备了
[6]
均一、形状规则的碳量子点的制备方法，但缺点是介 甲基丙烯酸和乙基（甲基）胺合成的 N 杂碳量子点，
孔状二氧化硅模板制备困难，且去除模板较为繁琐， 并研究其缓蚀性能及缓蚀机理；结果表明，腐蚀抑制
不利于规模化制备。水热法操作相对简单，是目前 是通过 N 杂碳量子点与金属表面的物理和化学相
制备碳量子点常用方法，水热法通过控制反应时间 互作用形成保护膜以实现的。Zhang 等 通过水热法
[7]
以及反应温度调控碳量子点的粒径和含碳量，同时 制备了硅烷基化功能碳量子点（CD ），并评价了
CA-Si-Pei
将不同的前驱体混合从而制备不同性能的碳量 其在盐酸（1 mol/L）中对碳钢的缓蚀效果；结果表明，
子点。 CD 的吸附机理为化学和物理共吸附，在缓蚀剂
CA-Si-Pei
碳量子点表面具有丰富的—OH、—COOH、 质量浓度为 10 mg/L 时，对碳钢的缓蚀效率就可以达
等活性官能团，能够与金属表面原子空轨道形 到 96. 34%，而其他类型缓蚀剂质量浓度最低要达到
—NH 2
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