2代表性研究工作进展 名称本实验室固定人员参加名单所属研究方向 代表性工|海洋微生物所致金属 海洋污损生物腐 张盾,段继周,孙艳,吴佳 作1|材料局部腐蚀演变机 蚀的关键过程、 佳,翟晓凡,管方 制研究 机理和防护技术 微生物腐蚀(MIC)作为金属材料在海洋环境中腐蚀失效的重要 形式,其往往以局部腐蚀的形式体现。然而,由于研究手段的限制, 微生物作用下的局部腐蚀研究一直是腐蚀领域的难点与热点。研究充 分发挥阵列电极这一局部电化学测试技术的优势,就典型海洋硫酸盐 还原菌、铁还原菌作用下不同金属材料的局部腐蚀过程进行了追踪, 发现了随着时间的推移微生物使得电偶电流面分布呈现出大阴极小 阳极的特征,且后期阳极位点的位置相对固定。并结合阴阳极位点的 腐蚀产物形貌与成分、生物膜特征等的差异,提出了典型海洋微生物 的不均匀附着与其附着后对腐蚀阴阳极反应的影响是导致金属材料 简要介绍发生局部腐蚀的根本 此外,研究使用宏基因组测序和表面及组分分析技术对在实海全 浸区浸泡44个月的铜合金、铝合金表面生物膜及腐蚀产物以及海水 中浮游微生物进行研究发现:与铝合金表面生物膜及海水中浮游徵生 物相比,铜合金表面存在高峰度的环境相应基因rpoE和可能的铜离 子转运基因 ABC CDP,这两个基因对生物膜内微生物适应毒性铜离 子及维持细胞内外铜离子的平衡起到重要作用。此外,铜合金表面还 存在cus和cop编码的铜离子泵,可以将有毒的铜离子排出胞内;本 研究也证实了在天然海水环境中铜合金的腐蚀并非由SRB及其产生 的硫化物引起,生物膜的异质性及EPS可能是主要原因
2.代表性研究工作进展 代表性工 作 1 名称 本实验室固定人员参加名单 所属研究方向 海洋微生物所致金属 材料局部腐蚀演变机 制研究 张盾,段继周,孙 艳,吴佳 佳,翟晓凡,管方 海洋污损生物腐 蚀的关键过程、 机理和防护技术 简要介绍 微生物腐蚀（MIC）作为金属材料在海洋环境中腐蚀失效的重要 形式，其往往以局部腐蚀的形式体现。然而，由于研究手段的限制， 微生物作用下的局部腐蚀研究一直是腐蚀领域的难点与热点。研究充 分发挥阵列电极这一局部电化学测试技术的优势，就典型海洋硫酸盐 还原菌、铁还原菌作用下不同金属材料的局部腐蚀过程进行了追踪， 发现了随着时间的推移微生物使得电偶电流面分布呈现出大阴极小 阳极的特征，且后期阳极位点的位置相对固定。并结合阴阳极位点的 腐蚀产物形貌与成分、生物膜特征等的差异，提出了典型海洋微生物 的不均匀附着与其附着后对腐蚀阴阳极反应的影响是导致金属材料 发生局部腐蚀的根本。 此外，研究使用宏基因组测序和表面及组分分析技术对在实海全 浸区浸泡 44 个月的铜合金、铝合金表面生物膜及腐蚀产物以及海水 中浮游微生物进行研究发现：与铝合金表面生物膜及海水中浮游微生 物相比，铜合金表面存在高峰度的环境相应基因 rpoE 和可能的铜离 子转运基因 ABC.CD.P，这两个基因对生物膜内微生物适应毒性铜离 子及维持细胞内外铜离子的平衡起到重要作用。此外，铜合金表面还 存在 cus 和 cop 编码的铜离子泵，可以将有毒的铜离子排出胞内；本 研究也证实了在天然海水环境中铜合金的腐蚀并非由 SRB 及其产生 的硫化物引起，生物膜的异质性及 EPS 可能是主要原因
i (uA m )=b i(aCm,as i (uA m) Ise d Wire number I(uA am,) I(A am)I Wre number 图:Q235碳钢阵列电极在含铁还原菌介质中的电偶电流面分布随时间的变化 (a-h对应的时间分别为1、2、3、5、7、9、11、13天) 名称 本实验室固定人员参加名单所属研究方向 代表性工海洋绿色防腐防污新 海洋污损生物腐 作2 张盾,孙艳,王鹏,王毅 材料的开发及防护机 蚀的关键过程、 戚鹏,张斌斌 制研究 机理和防护技术 海洋生物污损毎年造成巨大损失。研究针对海洋防污材料环境友 好化的迫切需求以及天然防污酶产量少、价格昂贵、稳定性差等缺点, 基于材料设计,通过前驱体转换法可控制备了系列复合金属氧化物纳 米材料。研究发现其具有类氧化物酶和过氧化物酶双功能催化活性, 并对其组成结构和性能间关系进行了系统研究,对其催化活性和催化 动力学进行了研究。基于此独特的双功能催化活性,该复合纳米酶可 简要介绍 有效提升细菌胞内活性氧物种水平,并且避免高浓度H2O2的使用, 同时具有广谱杀菌活性,是一类具有应用前景的新型双功能纳米防污 酶材料。本研究工作提出的双功能模拟酶构筑方法具有重要的学术价 值和意义 此外,研究开发了硫离子响应缓控释放型海洋先进机敏防护涂层 制备技术,研究了海洋先进机敏防护涂层对微生物附着及其所致腐蚀 的影响机制,揭示了海洋先进机敏防护涂层在海洋微生物腐蚀防护中
图：Q235 碳钢阵列电极在含铁还原菌介质中的电偶电流面分布随时间的变化 （a-h 对应的时间分别为 1、2、3、5、7、9、11、13 天） 代表性工 作 2 名称 本实验室固定人员参加名单 所属研究方向 海洋绿色防腐防污新 材料的开发及防护机 制研究 张盾,孙 艳,王 鹏,王毅, 戚 鹏,张斌斌 海洋污损生物腐 蚀的关键过程、 机理和防护技术 简要介绍 海洋生物污损每年造成巨大损失。研究针对海洋防污材料环境友 好化的迫切需求以及天然防污酶产量少、价格昂贵、稳定性差等缺点， 基于材料设计，通过前驱体转换法可控制备了系列复合金属氧化物纳 米材料。研究发现其具有类氧化物酶和过氧化物酶双功能催化活性， 并对其组成结构和性能间关系进行了系统研究，对其催化活性和催化 动力学进行了研究。基于此独特的双功能催化活性，该复合纳米酶可 有效提升细菌胞内活性氧物种水平，并且避免高浓度 H2O2 的使用， 同时具有广谱杀菌活性，是一类具有应用前景的新型双功能纳米防污 酶材料。本研究工作提出的双功能模拟酶构筑方法具有重要的学术价 值和意义。 此外，研究开发了硫离子响应缓控释放型海洋先进机敏防护涂层 制备技术，研究了海洋先进机敏防护涂层对微生物附着及其所致腐蚀 的影响机制，揭示了海洋先进机敏防护涂层在海洋微生物腐蚀防护中
应用的可行性:硫酸盐还原菌所致微生物腐蚀发生时,代谢的硫化物 信号刺激海洋先进机敏防护涂层中分子阀门打开,通过按需释放杀菌 剂抑制微生物在材料表面的附着过程,从源头上阻止了微生物腐蚀行 为的发生。同时发现海洋先进机敏防护涂层在未应对微生物腐蚀发生 时,其负载的杀菌剂不会自发释放,如对于没有调控阀门的一般涂层, 杀菌剂的溢出必然导致涂层失效。由此提出了“刺激响应缓控释放”在 海洋微生物腐蚀防护技术中的重要作用 TCS(CTAB-(TA-Fe) Aluminum 图:硫离子响应缓控释放型海洋先进机敏防护涂层防护示意图 名称 本实验室固定人员参加名单「所属研究方向 代表性工高性能光电化学阴极 不同海洋环境因 作3保护材料的开发及机 陈卓元王秀通张杰孙子对腐蚀作用的 萌萌李佳润,荆江平 制研究 过程和机理 海洋环境使金属结构一直处于恶劣的腐蚀环境,金属腐蚀不仅会 简要介绍带来巨大的经济损失,而且会造成灾难性的事故,光生阴极保护技术 作为一种新型的阴极保护技术,因以太阳能为驱动力不消耗传统能 源、光阳极无消耗、环境友好的优点在腐蚀防护方面具有良好的应用
应用的可行性：硫酸盐还原菌所致微生物腐蚀发生时，代谢的硫化物 信号刺激海洋先进机敏防护涂层中分子阀门打开，通过按需释放杀菌 剂抑制微生物在材料表面的附着过程，从源头上阻止了微生物腐蚀行 为的发生。同时发现海洋先进机敏防护涂层在未应对微生物腐蚀发生 时，其负载的杀菌剂不会自发释放，如对于没有调控阀门的一般涂层， 杀菌剂的溢出必然导致涂层失效。由此提出了“刺激响应缓控释放”在 海洋微生物腐蚀防护技术中的重要作用。 图：硫离子响应缓控释放型海洋先进机敏防护涂层防护示意图 代表性工 作 3 名称 本实验室固定人员参加名单 所属研究方向 高性能光电化学阴极 保护材料的开发及机 制研究 陈卓元,王秀通,张 杰,孙 萌萌,李佳润,荆江平 不同海洋环境因 子对腐蚀作用的 过程和机理 简要介绍 海洋环境使金属结构一直处于恶劣的腐蚀环境，金属腐蚀不仅会 带来巨大的经济损失，而且会造成灾难性的事故。光生阴极保护技术 作为一种新型的阴极保护技术，因以太阳能为驱动力不消耗传统能 源、光阳极无消耗、环境友好的优点在腐蚀防护方面具有良好的应用
前景。开发高性能光电转换材料,高效利用转换光能是永久目标。研 究分析了CdS/TiO2纳米草坪状基层光阳极光电转换性能显著提升的 关键因素。在AM1.5光照射和可见光照射下,最大光电流密度分别 为56和3.8mAcm2。高效的PEC性能归因于超细化纳米草坪状薄 膜带来的电荷转移势垒的降低,这有助于电荷的快速传输和载流子复 合泯灭效率的降低。此策略对于设计具有超细高分支结构的高性能光 电阳极具有重要意义 此外,研究以TiO2纳米管薄膜为基础,304不锈钢为保护对象, 研究了新型纳米复合光电材料对海洋环境中金属的电化学阴极保护, 通过半导体复合的方式对传统TiO2光阳极材料进行改性,研发了 ZnWO4IiO2和Ni3S2/TO2可见光响应型的新型纳米复合光电材料。 通过形貌和性能分析,确定了复合材料的化学成分以及光电化学特 性,并对其进行光电化学性能检测,ZnWO4复合材料呈现的六棱棒 状结构以及NiS2片层形结构能够有效地增强TO2的光电性能,受保 护的304不锈钢电位值可以降到-780mV,产生优异的保护性能。 Potential /V vs NHE Cds 1 CB 2H+e→H 0 E中2O2) 3.2ev +2 E(qH/OH) TiO,UFHBNL 0. SO,> 图:CdS/TiO2 UFHBNL光阳极增强的PEC转换性能机理图 代表性工 名称 本实验室固定人员参加名单所属研究方向
前景。开发高性能光电转换材料，高效利用转换光能是永久目标。研 究分析了 CdS/TiO2 纳米草坪状基层光阳极光电转换性能显著提升的 关键因素。在 AM1.5 光照射和可见光照射下，最大光电流密度分别 为 5.6 和 3.8 mA cm-2。高效的 PEC 性能归因于超细化纳米草坪状薄 膜带来的电荷转移势垒的降低，这有助于电荷的快速传输和载流子复 合泯灭效率的降低。此策略对于设计具有超细高分支结构的高性能光 电阳极具有重要意义。 此外，研究以 TiO2 纳米管薄膜为基础，304 不锈钢为保护对象， 研究了新型纳米复合光电材料对海洋环境中金属的电化学阴极保护， 通过半导体复合的方式对传统 TiO2 光阳极材料进行改性，研发了 ZnWO4/TiO2 和 Ni3S2/TiO2 可见光响应型的新型纳米复合光电材料。 通过形貌和性能分析，确定了复合材料的化学成分以及光电化学特 性，并对其进行光电化学性能检测，ZnWO4 复合材料呈现的六棱棒 状结构以及 Ni3S2 片层形结构能够有效地增强 TiO2 的光电性能，受保 护的 304 不锈钢电位值可以降到-780 mV，产生优异的保护性能。 图：CdS/TiO2 UFHBNL 光阳极增强的 PEC 转换性能机理图 代表性工 名称 本实验室固定人员参加名单 所属研究方向
作 侯保荣,李言涛,李伟华,朱 海水抽水蓄能电站用|庆军,王静,马秀敏,赵|研制开发海洋腐 蚀防护与监检测 防污技术的研发霞孙丛涛郑萌,路东柱戈的主要技术 成岳,麻福斌 海水抽水蓄能电站是一种重要的储能方式,将是淡水抽水蓄能电 站的有力补充,为沿海地区的调峰调频发挥重要作用,特别与风能、 太阳能等新型能源结合,为海岛等提供稳定的电力供给。与淡水不同 的是,海水中具有众多的海洋生物,会附着在未经处理的机器设备 隧道,造成严重的生物污损。近来开发了海水抽水蓄能电站用防污技 术,研发了针对海水抽水蓄能电站设施用的海洋防污涂料:无锡长效 自抛光防污涂料和低表面能防污涂料,会根据不同的工况条件选择使 用。同时,针对海水抽水蓄能电站设施管道的复杂性,提出了电化学 技术与有机涂层二元协同防污的新机制,为将来海水抽水蓄能电站的 稳定运行奠定基础。这项防污技术体系填补了囯内海水抽水蓄能电站 用防污技术的空白 简要介绍 IOAFOO1 IOAFOO2 IOAFO03 OAFO04 IOAFOO5 OAF006 IOAFOO7 IOAF0OS IOAFOO9 IOAFOIO IOAFOI1 IOAFO12 图:无锡长效自抛光防污涂料在厦门海域挂板一年的结果 代表性工 本实验室固定人员参加名单所属研究方向
作 4 海水抽水蓄能电站用 防污技术的研发 侯保荣,李言涛,李伟华,朱 庆军,王 静,马秀敏,赵 霞,孙丛涛,郑萌,路东柱,戈 成岳,麻福斌 研制开发海洋腐 蚀防护与监检测 的主要技术 简要介绍 海水抽水蓄能电站是一种重要的储能方式，将是淡水抽水蓄能电 站的有力补充，为沿海地区的调峰调频发挥重要作用，特别与风能、 太阳能等新型能源结合，为海岛等提供稳定的电力供给。与淡水不同 的是，海水中具有众多的海洋生物，会附着在未经处理的机器设备、 隧道，造成严重的生物污损。近来开发了海水抽水蓄能电站用防污技 术，研发了针对海水抽水蓄能电站设施用的海洋防污涂料：无锡长效 自抛光防污涂料和低表面能防污涂料，会根据不同的工况条件选择使 用。同时，针对海水抽水蓄能电站设施管道的复杂性，提出了电化学 技术与有机涂层二元协同防污的新机制，为将来海水抽水蓄能电站的 稳定运行奠定基础。这项防污技术体系填补了国内海水抽水蓄能电站 用防污技术的空白。 图：无锡长效自抛光防污涂料在厦门海域挂板一年的结果 代表性工 名称 本实验室固定人员参加名单 所属研究方向