2025-05-2384
目前金属防腐的常规方法，如电化学保护，耐蚀材料，涂层、镀层及缓蚀剂保护等均存在一定的环保压力。电化学保护中常用的牺牲阳极法，消耗大量锌，造成局部环境锌离子浓度超标。涂层、镀层及缓蚀剂中含有的毒性离子、分子以及重金属等环境污染物都是促使其进一步向绿色环保型转变的原因。
碳量子点（CQD）作为一种尺寸≤10 nm 的球型碳基零维纳米材料，具备良好的水溶性及生物相容性、低毒性，以其环境友好、原料来源广、成本低等优点，在医学成像技术、环境监测、化学分析、催化剂制备、能源开发等领域受到广大学者的关注而被深入研究。碳量子点具备的荧光可标记、纳米材料的表面效应以及其表面丰富的活性基团等特点，为其在功能化改性上提供更多的可能，使其在腐蚀防护领域具备良好的应用前景。
碳量子点的制备方法一般分为自上而下法和自下而上法。自上而下法是指，通过对块状石墨化碳材料进行氧化、还原、剥离、剪切等处理，将大尺寸的碳材料转变为小尺寸的碳量子点；自下而上法是指，通过逐步有机合成、高温热解、自发化学反应、物理方法的处理，使小分子化合物发生融合或者碳化以制备碳量子点。自上而下法主要包括电弧放电法、激光销蚀法、超声波处理以及电化学氧化法；自下而上法主要包括水热法、模板法、微波辅助法以及固相法。其中微波辅助法和固相法由于制备的碳量子点粒径不均匀、分离纯化困难，不适宜大规模生产。电弧放电法、激光销蚀法、超声波处理和电化学氧化法除了上述缺点外，还消耗大量能量，且实验操作复杂，同样不适宜大规模生产。模板法是利用特定结构和尺寸的模板，限制碳源的生长和聚集，获得尺寸均一、形状规则的碳量子点的制备方法，但缺点是介孔状二氧化硅模板制备困难，且去除模板较为繁琐，不利于规模化制备。水热法操作相对简单，是目前制备碳量子点常用方法，水热法通过控制反应时间以及反应温度调控碳量子点的粒径和含碳量，同时将不同的前驱体混合从而制备不同性能的碳量子点。
碳量子点表面具有丰富的—OH、—COOH、—NH2等活性官能团，能够与金属表面原子空轨道形成稳定的化学吸附，在金属基体表面形成吸附膜层，驱替金属表面腐蚀介质，从而起到抑制金属腐蚀的作用；同时这些官能团能够与树脂中的氨基、羧基、羟基反应。因此，目前碳量子点纳米材料在防腐领域的应用研究主要是作为缓蚀剂和防腐涂料的功能填料等。
碳量子点表面含有丰富的含氧活性官能团，能够吸附于金属表面，起到抑制腐蚀的作用。但仅具有含氧、氮元素的活性基团，其缓蚀性能往往不佳，因此广大科研工作者，对制备含有N、P、S等杂原子的功能化碳量子点开展了深入的研究，以期在碳量子点中引入更多的活性基团和电负性强的元素，增加其与金属表面的锚定位点，提升缓蚀性能。根据原材料分类，碳量子点类缓蚀剂主要分为有机小分子类、稀土元素类及生物质类。
碳量子点表面丰富的活性官能团、纳米材料的小尺寸以及特有的荧光效应，为其用作防腐涂层的功能填料和改性剂提供可能。
从目前研究可知，碳量子点在防腐领域的应用前景广阔，但也存在一些问题，未来研究可以致力于以下几个方面。（1）碳量子点的制备工艺中掺杂N、P、S 等杂原子的原材料不同，但工艺类似，不同原材料制备的碳量子点防腐性能也有较大差异。优选碳量子点的原材料，从单原子、双原子掺杂到多原子掺杂，对其表面官能团进行定向赋能，使其在缓蚀剂及防腐涂料中实现更多功能化应用。（2）利用碳量子点的荧光特性，完善智能响应型防腐涂层的研究。（3）开发低成本、规模化的碳量子点的制备和改性工艺。
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