電沉積法制備Co–LDHM超疏水膜及性能研究

黃茜，曾憲光，曹琨，黃文恒

電沉積法制備Co–LDHM超疏水膜及性能研究

黃茜1,2，曾憲光1,3，曹琨2，黃文恒2

（1.四川輕化工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，四川 自貢 643000；2.內(nèi)江師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，四川 內(nèi)江 641000；3.材料腐蝕與防護(hù)四川省重點實驗室，四川 自貢 643000）

采用電沉積法在不銹鋼網(wǎng)上構(gòu)筑穩(wěn)定的鈷層狀雙氫氧化物微球（Co–LDHM）超疏水薄膜。首先，通過第1次電沉積在不銹鋼網(wǎng)上制備出ZIFs納米片陣列結(jié)構(gòu)（ZIF–NFA），并以此為犧牲模板，然后在第2次電沉積作用下制備出微納米尺寸的Co–LDHM，最后通過浸泡硅烷降低其表面能。通過濺射試驗、耐磨性實驗、油水分離實驗及電化學(xué)試驗，分別評價經(jīng)超疏水改性后不銹鋼網(wǎng)的抗污、耐摩擦、油水分離及耐蝕性能，并通過接觸角，用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、X射線衍射儀（XRD）、傅里葉紅外光譜儀（FTIR）對不銹鋼網(wǎng)表面的疏水程度及膜表面的形貌與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。經(jīng)兩步電沉積處理后的不銹鋼網(wǎng)表面類似浴球狀，具有微米/納米多級表面形貌結(jié)構(gòu)；接觸角測試表明，所制備的薄膜呈現(xiàn)出良好的超疏水性能，靜態(tài)接觸角達(dá)到159.4°±2°；經(jīng)過30個耐摩擦實驗周期，其表面接觸角為141.3°±2°，仍具有較高的疏水性；油水分離效率均大于97%，重復(fù)20次以上分離效率仍保持在96%，且具有一定耐蝕性能和良好的抗污性。通過兩步電沉積法構(gòu)筑的Co-LDHM超疏水不銹鋼網(wǎng)具有優(yōu)異的超疏水性能，為MOFs在制備超疏水材料方面的應(yīng)用提供了一個新的思路。

ZIF–NFA；Co–LDHM；不銹鋼網(wǎng)；超疏水

超疏水表面通常指水滴接觸角大于150°、水滴滾動角小于10°的固體表面[1-3]。由于超疏水表面具有較強的拒水性，在日常生活、交通運輸、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，以及航空、航天、軍工等高科技領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景，如減阻增浮力[4-5]、防腐抗污[6-7]、油水分離[8]、防霜防結(jié)冰[9-10]等。經(jīng)多年的研究發(fā)現(xiàn)，制備超疏水表面可歸納為2種方式：在本身具有疏水性的材料表面構(gòu)造微納米結(jié)構(gòu)；在本身是親水性材料的表面構(gòu)造微納米結(jié)構(gòu)，同時降低其表面能[11]。日常生活中常見的金屬或金屬合金大多為親水性物質(zhì)，故在其表面不僅需要構(gòu)造微納米結(jié)構(gòu)，而且需要降低表面能，以獲得超疏水涂層。近年來，金屬有機骨架（MOFs）這類具有孔道有序、結(jié)構(gòu)可調(diào)、表面積高和密度低等獨特性質(zhì)的聚合物材料，在氣體存儲、分離、催化、傳感和藥物輸送等領(lǐng)域已展示出了廣闊的應(yīng)用前景，由此獲得了越來越多的關(guān)注[12-14]。盡管很多報道已證明MOFs的優(yōu)異性能并成功應(yīng)用，但是由于大多數(shù)MOFs在水中的穩(wěn)定性較差，因此有關(guān)基于MOFs構(gòu)建超疏水涂層的相關(guān)報道還非常少[15]。然而，MOFs材料的多樣性，可調(diào)的形貌、尺寸和功能，以及易于后修飾和改性等特點，使其在構(gòu)建超疏水涂層上仍然具有很大的優(yōu)勢，特別是具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性的MOFs材料[16]。沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）不僅具有MOFs材料的大孔徑、大比表面積，以及孔隙率和孔道的高調(diào)節(jié)性，而且還兼具類沸石結(jié)構(gòu)的高熱穩(wěn)定性和強化學(xué)穩(wěn)定性[17]。ZIFs材料同時還是多孔雙氫氧化物、多孔金屬氧化物/硫化物及多孔碳材料的理想前驅(qū)體，且大量應(yīng)用于能源領(lǐng)域[18]。Jing等[19]利用聚苯乙烯結(jié)構(gòu)導(dǎo)向模板對ZIF–8晶體表面進(jìn)行了疏水改性，將其轉(zhuǎn)化為多級孔ZIF–8（HZIF– 8）。由于HZIF–8的大孔結(jié)構(gòu)和疏水性的增強，因此HZIF–8對有機溶劑和油類的吸附能力得到顯著提高，同時還保持了較低的吸水性。Liu等[20]通過原位生長的方法將LDH微晶固定在織物的微纖維上，成功制備了超疏水親油織物，接觸角為154°±1.6°，將它用于油水分離和選擇性吸油，分離效率高達(dá)97%。

由于MOFs的成核能力較弱，因此很難形成連續(xù)、均勻的MOFs膜。更重要的是，MOFs膜的制備過程需要較長時間（如在前體液體中浸泡了較長的時間）和苛刻的條件（如溶劑熱法的高溫高壓），這限制了MOFs膜的應(yīng)用，因此目前迫切需要一種快速、溫和且廉價的方法來制備均一MOFs膜。與上述制備方法相比，電沉積具有處理時間短、預(yù)處理步驟少、成膜性能更均勻、沉積速率更高、生產(chǎn)連續(xù)、成本效益高等優(yōu)點，可顯著克服上述缺點。目前，關(guān)于電沉積法制備MOFs類超疏水膜的研究較少。

文中首先采用電沉積法在304不銹鋼網(wǎng)表面構(gòu)筑一層ZIFs納米片陣列結(jié)構(gòu)（ZIF–NFA）膜，然后以此為犧牲模板，再次借助電沉積法生成具有化學(xué)穩(wěn)定性的鈷層狀雙氫氧化物微球（Co–LDHM）超疏水膜，研究超疏水膜的表面形貌、物相成分及疏水性能，并探究膜的抗污、油水分離和耐腐蝕等性能，旨在對電沉積法制備ZIFs材料在超疏水方面的應(yīng)用提供一定的參考價值。

1 實驗

1.1 步驟

采用尺寸為3 cm × 3 cm、160目的304不銹鋼網(wǎng)基體（購置于當(dāng)?shù)匚褰鹕痰辏糜? mol/L的鹽酸溶液中超聲25 min，以去除其表面氧化膜，再用無水乙醇和去離子水交替沖洗，最后在60 ℃條件下真空干燥至質(zhì)量恒定。

采用正交試驗L16（42）進(jìn)行設(shè)計，因其電解液濃度已確定，因此主要考慮沉積電壓和沉積時間等因素，主要因素及水平見表1。電沉積工藝優(yōu)化條件：沉積電壓為6 V，沉積時間為7 min。整個制備過程如圖1所示。首先取體積比為8∶1的0.4 mol/L 2–甲基咪唑（MeIM）水溶液和0.4 mol/L硝酸鈷水溶液，將其在室溫下混合攪拌1 h作為沉積液[21]，把處理后的不銹鋼網(wǎng)（SSWM）作為陰極，以石墨片為陽極，間隔2 cm在6 V電壓下沉積7 min后停止，用去離子水將沉積后的不銹鋼網(wǎng)沖洗干凈，之后放入60 ℃烘箱中干燥3 h，將制得的ZIF–L(Co)在不銹鋼網(wǎng)上有序排列，形成ZIF–NFA。然后將用甲醇配置的0.15 mol/L Co溶液[22]作為二次沉積液，將負(fù)載ZIF–NFA的不銹鋼網(wǎng)放在電壓6 V下沉積7 min后停止，用去離子水將二次沉積后的不銹鋼網(wǎng)沖洗干凈，放入60 ℃真空烘箱中干燥，最后在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三甲氧基硅烷（PFDT）乙醇溶液中浸泡2 h，并在100 ℃條件下真空干燥20 min。上述所有試劑均為分析純，購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，使用前未做任何預(yù)處理。

表1 因素及其設(shè)計實驗的水平

Tab.1 Factors and the level of design experiments

圖1 Co–LDHM超疏水膜的制備

1.2 性能測試及組織觀察

1）借助SDC–350接觸角測量儀，測量去離子水（5 μL）在基體表面的靜態(tài)接觸角。隨意選擇5個位置測量，取其平均值。

2）采用掃描電子顯微鏡（蔡司，Merlin compact）觀察電沉積處理前后不銹鋼網(wǎng)的表面形貌，用牛津儀器X射線能譜儀（EDS Inca X–Max）分析表面膜層的組成。

3）采用從不銹鋼網(wǎng)表面刮取的涂層材料進(jìn)行傅里葉紅外光譜儀（北分瑞利WQF–510A）分析，波數(shù)為500～4 000 cm–1。

4）采用粉末X射線衍射儀（DX–2700型）表征從不銹鋼網(wǎng)表面刮取的涂層材料的晶體結(jié)構(gòu)。

5）將質(zhì)量比為2∶1的泥土和水混合液作為污染物，對未經(jīng)改性和超疏水改性后的不銹鋼網(wǎng)分別進(jìn)行濺射實驗，通過觀察二者污染物的附著情況來判斷其抗污能力。

6）采用超疏水不銹鋼網(wǎng)負(fù)載200 g砝碼，用鑷子沿直尺向左右2個方向分別拖動20 cm為1個周期，通過30個周期檢測其耐摩擦性能。

7）采用油水分離裝置對Co–LDHM超疏水不銹鋼網(wǎng)的油水分離效果進(jìn)行測試。量取6種不同的1∶1油水混合物，將其在重力作用下通過油水分離裝置，量化分離前后的油類物質(zhì)體積比，得出分離效率；重復(fù)測量20次油水分離效率和靜態(tài)接觸角。

8）在室溫下，采用電化學(xué)工作站測量裸不銹鋼片和Co–LDHM超疏水膜不銹鋼片在NaCl溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%）中的極化曲線和電化學(xué)阻抗譜。Tafel掃描速率設(shè)置為0.005 V/s，其他測定體系及相關(guān)測定參數(shù)參照文獻(xiàn)[13]。

2 結(jié)果及分析

2.1 SEM分析

不銹鋼網(wǎng)在處理前后的SEM圖片見圖2。由圖2a可知，經(jīng)過預(yù)處理的不銹鋼網(wǎng)被去除了表面氧化膜和油層，由左下角放大圖可看出其表面光滑，水滴接觸角為35.7°±2°，為親水材料。由圖2b可知，經(jīng)第1次電沉積處理后不銹鋼網(wǎng)表面成功地生成了ZIF–NFA，由左下角放大圖可看出其表面呈類葉片結(jié)構(gòu)交叉重疊，其右上角圖表明水滴靜態(tài)接觸角為135.3°±2°，故此表面已呈疏水狀態(tài)。將負(fù)載ZIF–NFA膜的不銹鋼網(wǎng)在常溫下浸入0.15 mol/L的Co(NO3)2?6H2O甲醇溶液中進(jìn)行第2次電沉積，得到Co–LDHM膜。如圖2c所示，經(jīng)第2次電沉積處理后不銹鋼網(wǎng)表面由原來的交叉類葉片結(jié)構(gòu)變成了更有層次感的立體微球結(jié)構(gòu)，由左下角放大圖能更清晰地看出其微球表面的納米級結(jié)構(gòu)。Co–LDHM的形狀類似浴球，層層疊加環(huán)簇為球，最終構(gòu)筑出具有微/納米多級表面形貌的微球。這一特性會使不銹鋼表面產(chǎn)生大量的氣穴，并能將對基體有侵蝕作用的物質(zhì)捕獲在微納米結(jié)構(gòu)層內(nèi)[23-24]。眾所周知，構(gòu)筑氣穴是實現(xiàn)表面超疏水性的必要條件之一[25]，根據(jù)Cassie– Baxter方程與模型[26-27]中接觸角與材料表面粗糙度之間的關(guān)系可知，液體在材料表面的接觸界面包括固–液接觸界面和氣–液接觸界面，通過增加氣–液接觸面積占整個接觸面積的百分比，可獲得更大的接觸角。除了表面層次化的微/納米結(jié)構(gòu)外，表面的疏水性也受到表面自由能的影響，故最后通過浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的PFDT乙醇溶液中，以降低其表面能，使其達(dá)到超疏水性能，接觸角為159.4°±2°。

2.2 EDS表征

經(jīng)2次電沉積后的EDS圖見圖3。由圖3a可以明顯看出，C元素的強度最大，N、Co元素的存在也說明第1次電沉積生成的ZIF–NFA物質(zhì)中同時存在有機骨架和金屬；沒有檢測到其他雜峰，表明生成物很純凈，沒有雜質(zhì)（Cr、Ni、Mn為基底不銹鋼的元素）。由圖3b可知，ZIF–NFA在Co(NO3)2?6H2O甲醇溶液中經(jīng)第2次電沉積后生成了Co–LDHM膜，其中C和N元素的強度均降低，同時Co和O的強度都較大，說明第1次電沉積生成材料中的有機骨架可能遭到破壞。第2次電沉積生成的材料中質(zhì)量占比最大的元素為Co和O，由于H元素的相對原子質(zhì)量過低，所以未被檢測出。

2.3 XRD分析

不銹鋼網(wǎng)表面經(jīng)2次電沉積處理后的XRD圖譜見圖4。采用粉末X射線衍射儀（XRD）研究了材料表面ZIF–NFA、Co–LDHM的晶體結(jié)構(gòu)。由圖4可知，第1次電沉積后生成的ZIF–NFA的XRD圖譜包含了ZIF–L(Co)物相[28]，很好地說明ZIF– L(Co)膜在第1次電沉積中成功生成。此外，圖4中Co–LDHM的XRD譜圖清晰地顯示出層狀的雙氫氧化物結(jié)構(gòu)（003）、（006）、（012）及（110）晶面的衍射峰[29-30]，說明ZIF–NFA膜中ZIF–L(Co)物相在Co(NO3)2·6H2O甲醇溶液中借助電沉積法成功轉(zhuǎn)化為Co–LDHM膜中的多孔雙氫氧化物。

圖2 不銹鋼網(wǎng)沉積處理前后的表面微觀形貌

圖3 電沉積處理不銹鋼網(wǎng)的EDS圖譜

圖4 ZIF–NFA和Co–LDHM的XRD譜圖

2.4 FTIR分析

不銹鋼網(wǎng)經(jīng)第1次、第2次電沉積處理后的紅外光譜圖見圖5。由圖5可知，經(jīng)第1次電沉積處理后生成的ZIF–NFA材料，其吸收峰大部分來自咪唑基的振動，在1 575 cm?1左右的峰為2–甲基咪唑骨架中C==N雙鍵的伸縮振動，在波數(shù)1 350～1 500 cm?1和1 000～1 350 cm?1內(nèi)的吸收峰分別由咪唑環(huán)的伸縮、彎曲及面外彎曲振動引起[31-32]。這些FTIR光譜數(shù)據(jù)表明，ZIF–NFA材料結(jié)構(gòu)中存在咪唑橋聯(lián)基，進(jìn)一步證實所合成的材料為金屬鈷與2–甲基咪唑的配合物。由Co–LDHM膜的FTIR光譜圖可知，在波數(shù)為500～ 1 500 cm?1內(nèi)并沒有測出2–甲基咪唑骨架的特征峰，說明經(jīng)第2次電沉積處理后，這些結(jié)構(gòu)已遭到破壞。在Co–LDHM能譜圖中測出的C、N元素的強度峰應(yīng)是未洗凈的有機物[33]。另外值得注意的是，Co–LDHM中羥基的伸縮振動導(dǎo)致了在3 434 cm?1處出現(xiàn)了較寬的吸收峰[34-35]，而在1 630 cm?1處出現(xiàn)的特征峰是因為氫鍵吸收和水分子彎曲振動導(dǎo)致的[36]。在1 377 cm?1處出現(xiàn)的較明顯的吸收峰為Co–LDHM膜表面未洗滌干凈的硝酸鈷中的N—O鍵伸縮振動引起的。在500～800 cm?1內(nèi)也有一些較明顯的峰，這應(yīng)該是由金屬與羥基的伸縮振動引起的，更深入地證明所生成的Co–LDHM化合物為金屬氫氧化物[37]。

圖5 ZIF–NFA和Co–LDHM的FTIR譜圖

2.5 抗污實驗分析

分別通過濺射實驗測定未經(jīng)改性和改性后的不銹鋼網(wǎng)的抗污性能，實驗過程見圖6。由圖6a可知，未經(jīng)改性的不銹鋼網(wǎng)用污水噴射持續(xù)10 s，此過程中污水的反彈程度不高，濺射實驗結(jié)束后，其表面明顯附著了污水和污漬。改性后不銹鋼網(wǎng)的污水濺射實驗過程見圖6b，期間持續(xù)10 s的水流絕大部分被反彈出去，且表面保持清潔，重復(fù)20次其表面仍無污水附著。分層多孔的粗糙結(jié)構(gòu)和低表面能材料的共同作用可以解釋其優(yōu)異的抗污性能。一方面，分層多孔的粗糙結(jié)構(gòu)中充滿了空氣，有效地抑制了污垢與表面的接觸；另一方面，PFDT的引入降低了涂層的表面能，使水滴與微小雜質(zhì)混合后在重力和表面張力的作用下容易滾落[38]。需要特殊說明的是，這些實驗中使用的泥水混合物濃度遠(yuǎn)比大多數(shù)應(yīng)用環(huán)境中使用時遇到的更大，而制備的Co-LDHM超疏水涂層仍顯示出良好的防污性能和自清潔能力。

2.6 耐磨性測定

超疏水材料在日常使用中不可避免地會產(chǎn)生摩擦，諸如碰撞、觸摸、風(fēng)沙及雨水沖刷等，因此材料的耐磨性是一項重要性能。為了驗證Co–LDHM超疏水不銹鋼網(wǎng)的耐磨性，采用砂紙反復(fù)打磨的方式進(jìn)行檢驗。將不銹鋼網(wǎng)置于200#砂紙上，上面放置200 g砝碼，拉動不銹鋼網(wǎng)行進(jìn)20 cm為1個循環(huán)，如圖7a所示。不同摩擦周期后的接觸角數(shù)據(jù)見圖7b，可以看出，重復(fù)30個周期，其接觸角保持在141.3°±2°，仍具有較高的疏水性能，同時也說明它具備一定的耐磨性。影響涂層的耐磨性主要有2個方面：超疏水表面的Co–LDHM晶體的晶粒尺寸較小，減小了它在砂紙上的摩擦力；PFDT被化學(xué)吸附在Co–LDHM表面，能在一定程度上保護(hù)內(nèi)部粗糙結(jié)構(gòu)[39]。

2.7 油水分離效果分析

油水分離實驗裝置如圖8a所示。為了測試Co– LDHM超疏水不銹鋼網(wǎng)的分離能力，進(jìn)行了一系列油水分離實驗。分離過程如圖8b所示。在進(jìn)行實驗之前，將改性后的不銹鋼網(wǎng)固定在2根玻璃管之間，將溶有亞甲基藍(lán)的蒸餾水和溶有油紅O的正己烷、潤滑油、汽油、氯仿溶液、橄欖油、柴油分別作為油相，按體積比1∶1組成油水混合物倒入上管，可以看到油相迅速地滲入不銹鋼網(wǎng)，并流入下面的燒杯。值得注意的是，由于改性后的不銹鋼網(wǎng)呈超疏水狀態(tài)，水停留在網(wǎng)狀物的上部。由圖8c可看出，改性后的不銹鋼網(wǎng)的油水分離效率均在97%以上。由圖8d可知，重復(fù)20次以上（油模型為正己烷）改性后的不銹鋼網(wǎng)其油水分離效率和接觸角雖有所下降，但仍能保持在96%和148°左右，顯示出良好的可重復(fù)使用性，這在實際含油廢水處理中具有重要意義。

2.8 耐蝕性能測試

對于耐用性金屬材料來說，其耐蝕性是最為重要的評價指標(biāo)之一，對金屬材料進(jìn)行腐蝕防護(hù)是延長其服役壽命的重要手段。裸不銹鋼電極和負(fù)載Co– LDHM超疏水膜不銹鋼電極在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的極化曲線見圖9。對圖9的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，見表2。由圖9和表2可以看出，相對于裸不銹鋼電極，修飾電極的陰極和陽極電流密度都有所減小，這說明Co–LDHM超疏水膜對不銹鋼在腐蝕介質(zhì)（NaCl）中的陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)都有所抑制；Co–LDHM超疏水膜不銹鋼電極的腐蝕電位正移，這表明Co–LDHM超疏水膜可以提高不銹鋼的抗腐蝕性能。

由表2數(shù)據(jù)可知，經(jīng)Co–LDHM超疏水改性后不銹鋼電極（Co–LDHM SS）的腐蝕電流密度相較于裸不銹鋼電極（Bass SS）的腐蝕電流密度明顯減小。根據(jù)式（1）計算腐蝕防護(hù)效率（）。

式中：p,0為改性前不銹鋼的極化電阻；p為改性后不銹鋼的極化電阻。

由表2可知，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中，Co–LDHM超疏水膜對不銹鋼的腐蝕防護(hù)效率為90%。這顯示Co–LDHM超疏水膜具有明顯的耐腐蝕性能，對不銹鋼起到了顯著的腐蝕防護(hù)作用。

裸不銹鋼電極和Co–LDHM超疏水膜不銹鋼電極在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的交流阻抗見圖10。眾所周知，Nyquist圖中容抗弧的直徑代表工作電極的極化電阻，因此同一個腐蝕體系中容抗弧的直徑越大意味著其耐蝕性越好[40-41]。由圖10可知，在高頻區(qū)（如圖10插圖所示）Co–LDHM超疏水改性的不銹鋼電極的容抗弧比裸不銹鋼的大，說明Co–LDHM超疏水膜對基底不銹鋼在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5% NaCl的腐蝕介質(zhì)中起到了一定的緩蝕作用，具有更好的耐蝕性；Co–LDHM超疏水膜在中低頻區(qū)還有1個呈45°的斜線，這是由擴(kuò)散作用引起的，它反映了電極表面可能生成了有一定厚度且致密的膜層，腐蝕性粒子需要通過擴(kuò)散才能到達(dá)不銹鋼電極的表面[42-43]。與未處理不銹鋼相比，Co–LDHM超疏水膜的存在增加了腐蝕性粒子與金屬表面的接觸難度。總之，采用Co–LDHM超疏水膜修飾電極，提高了裸不銹鋼電極的耐腐蝕性。

圖7 超疏水不銹鋼網(wǎng)耐磨性實驗

圖8 油水分離實驗

圖9 改性前后不銹鋼的極化曲線

表2 對圖9極化曲線數(shù)據(jù)的擬合

Tab.2 Fitting results from the polarization curves in Fig.9

圖10 改性前后不銹鋼的Nyquist圖

3 結(jié)論

1）通過兩步電沉積法成功地將ZIF–NAF材料轉(zhuǎn)化為Co–LDHM材料，為電沉積法在制備ZIFs及其衍生物材料方面的應(yīng)用擴(kuò)寬了思路。

2）構(gòu)筑的浴球簇層狀Co–LDHM超疏水膜具有優(yōu)異的疏水性，接觸角為159.4°±2°，且經(jīng)過30次循環(huán)打磨后，仍具備良好的疏水性能。

3）Co–LDHM超疏水不銹鋼網(wǎng)經(jīng)過20次油水分離實驗，其分離效率仍達(dá)到96%，且其表面接觸角保持在148°，說明其超疏水表面結(jié)構(gòu)強度較高，并具有良好的耐久性。

4）Co–LDHM超疏水膜具有優(yōu)異的防水、防污性能，能有效地阻止水、污漬及腐蝕介質(zhì)等向涂層內(nèi)部滲透，從而提升了不銹鋼網(wǎng)的耐蝕性能。

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Preparation and Properties of Co-LDHM Superhydrophobic Films by Electrodeposition

1,2,1,3,2,2

(1. Institute of Material and Science Engineering, Sichuan University of Science & Engineering, Sichuan Zigong 643000, China; 2. School of Chemistry and Chemical Engineering, Neijiang Normal University, Sichuan Neijiang 641100, China; 3. Material Corrosion and Protection Key Laboratory of Sichuan Province, Sichuan Zigong 643000, China)

This paper aims to form the stable cobalt layered double hydroxide microspheres (Co-LDHM) superhydrophobic films on stainless steel wire by electrodeposition method. Firstly, ZIFs nanoflake array (ZIF-NFA) was formed on stainless steel mesh by first electrodeposition, and then nano-sized Co-LDHM was created by secondary electrodeposition with ZIF-NFA. Finally, the surface energy was reduced by soaking silane. Futhermore, the fouling resistance, friction resistance, oil-water separation and corrosion resistance of superhydrophobic modified stainless steel net were evaluated by sputtering test, sandpaper abrasion test, oil-water separation test and electrochemical test. The hydrophobic degree of the stainless steel mesh surface and the morphology and structure of the film surface were analyzed by contact angle, SEM, EDS, XRD and FTIR. The surface of the stainless steel mesh which prepared by two step electrodeposition method was similar to bath ball, with multi-level surface morphology of micron/nano. Test of contact angle shows that the prepared films reflect good superhydrophobic properties, the static contact angle is 159.4°±2°; after 30 cycles of friction resistance test, the surface contact angle is 141.3°±2°, indicating that it still has high hydrophobicity; the oil-water separation efficiency was all over 97%, and the separation rate remained 96% after repeated for more than 20 times, which indicated that the films has an excellent abrasion resistance, corrosion resistance and good fouling resistance. The Co-LDHM superhydrophobic stainless steel mesh constructed by two-step electrodeposition method boasts excellent superhydrophobic properties, which provides a new idea for the application of MOFs in the preparation of superhydrophobic materials.

ZIF-NFA; Co-LDHM; stainless steel mesh; superhydrophobic

TG174.4

A

1001-3660(2022)07-0314-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.07.031

2021–07–29；

2021–11–03

2021-07-29；

2021-11-03

四川省青年科技創(chuàng)新研究團(tuán)隊項目（2016TD0024）；四川輕化工大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項目（y2020037）

Sichuan Provincial Youth Science and Technology Innovation Research Team Project (2016TD0024); Postgraduate Innovation Fund of Sichuan University of Light and Chemical Technology (y2020037)

黃茜（1991—），女，碩士，主要研究方向為材料表面改性。

HUANG Xi (1991-), Female, Master, Research focus: materials surface modification.

曾憲光（1979—），男，博士，副教授，主要研究方向為新型防腐涂料。

ZENG Xian-guang (1979-), Male, Ph. D., Associate professor, Research focus: novel anticorrosive coatings.

黃茜, 曾憲光, 曹琨, 等. 電沉積法制備Co-LDHM超疏水膜及性能研究[J]. 表面技術(shù), 2022, 51(7): 314-323.

HUANG Xi, ZENG Xian-guang, CAO Kun, et al. Preparation and Properties of Co-LDHM Superhydrophobic Films by Electrodeposition[J]. Surface Technology, 2022, 51(7): 314-323.

責(zé)任編輯：彭颋