成果简介
石墨烯具有优异的阻隔性、屏蔽性和机械性能，因此在防腐蚀涂层中有着广泛的应用。然而，传统的石墨烯合成方法，包括使用Homer方法生产氧化石墨烯（GO），然后将其还原成还原型氧化石墨烯（rGO），都耗时、耗能且污染环境，限制了其在防腐蚀涂层中的应用。本文，中国矿业大学Rongtao Zhu等研究人员在《PROG ORG COAT》期刊发表名为“Ultrafast synthesis of novel coal-based graphene and its anticorrosion properties of epoxy/graphene nanocomposite coatings”的论文，研究利用闪速焦耳加热（FJH）的能力，在200 ms内从无烟煤（TA）中合成闪速煤基石墨烯（FCBG），无需预处理或化学试剂。FJH具有能耗低、环保等优点。
与 rGO 相比，FJH 制备的 FCBG 具有缺陷少、碳片大和湍流结构的特点。此外，以碳钢Q235为基底，在不同闪蒸电压下将FCBG与环氧树脂（EP）混合，制备防腐涂层。在此基础上，比较了不同涂层在盐雾腐蚀前后的电化学性能。结果表明，与EP和rGO复合涂层（EP/rGO）相比，使用 EP 和 FCBG 在FJH中以190V合成制备的 FCBG 复合防腐蚀涂层（EP/FCBG190）具有更强的耐腐蚀性。FJH合成工艺为改进防腐涂料的合成工艺和煤的高附加值利用提供了一条可行的途径。
图文导读
图1.FJH系统合成FCBG.
图2：（a-b）合成 FCBG150 时的电信号和能量；（c-d）合成 FCBG190 时的电信号和能量；（e-f）模拟合成 FCBG150 和 FCBG190 的温度变化；（g-h）模拟合成 FCBG150 和 FCBG190 的温度场分布
图3. TA 经FJH处理后的微观结构变化
图4：（a-b）盐雾腐蚀前后样品的对数 Z 频率；（c-d）盐雾腐蚀前后样品的相位图
图5.（a）盐雾腐蚀 7 天后不同涂层的表面变化；（b）盐雾试验后不同涂层的极化曲线和拟合自腐蚀电压和电流。
图6. 盐雾腐蚀示意图
小结
本研究以TA为原料，在不添加任何化学试剂和预处理的情况下，利用FJH在200毫秒内成功合成了低缺陷、大薄片FCBG。合成 FCBG190 所需的能量仅为 1.02 kJ。对 FJH 过程进行了有限元分析，结果验证了 FJH 合成过程中的温度场分布是均匀的。最后，将不同闪蒸电压制备的 FCBG 应用于防腐涂层，分析了不同涂层在 7 天盐雾腐蚀后的电化学性能。结果表明，FCBG 涂层的耐腐蚀性能大大提高。FCBG190 极低的缺陷和大尺寸的石墨烯片有效地阻止了腐蚀介质的渗入。与 rGO 相比，FCBG190 的耐腐蚀性能更好。易合成、高质量石墨烯和低能耗表明，FJH系统是大规模生产闪速石墨烯的绿色高效途径，大大减少了能源浪费，具有广阔的应用前景。
文献：https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107859
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