复杂服役条件下的微生物腐蚀机理与防护研究取得重要进展

2025年04月14日 09:48:52 人气: 14490 来源: 中国科学院金属研究所

　　【仪表网研发快讯】随着海洋、能源和航空航天等领域的快速发展，材料在复杂服役环境中的耐久性问题日益突出。微生物腐蚀(MIC)已成为威胁重大工程装备安全性和服役寿命的关键因素之一。与传统化学或电化学腐蚀不同，MIC涉及微生物代谢产物、生物膜形成及群落协同作用等多尺度和多物理场耦合过程，其机理更为复杂，防护技术成为重大挑战。因此，深入揭示复杂条件下微生物腐蚀的作用机制，开发绿色、稳定和长效的防护体系，对保障关键设施可靠运行和推动新材料研发具有重要意义。

　　近日，中国科学院金属研究所孙成研究员团队基于海洋、油气田及新能源等领域微生物腐蚀研究的长期积累(Corrosion Science 248,2025,112797；Corrosion Science 237,2024,112341；Corrosion Science 233,2024,112102;Corrosion Science,216,2023,111084；Corrosion Science 207,2022,110573；Corrosion Science 200,2022,110228；Corrosion Science 193,2021,109893等)，联合金属研究所沈阳材料科学国家研究中心王宇佳研究员团队和东北大学徐大可教授团队，在微生物腐蚀控制领域取得突破性进展。团队成功开发出具有"离子调控"功能的Cu-Ag双金属纳米粒子水溶胶，该技术通过原子级精准的结构设计实现了银离子释放动力学的程序化调控，使抗菌性能大幅提升。密度泛函理论计算发现双金属界面特有的电子转移效应可显著增强抗菌活性，在50 ppm低浓度下即可使典型腐蚀性硫酸盐还原菌(SRB)附着量降低5个数量级，有效抑制生物膜形成。同时开发的原位聚合物包覆技术成功攻克了纳米颗粒在高盐环境中的团聚失效难题。实验证实该溶胶在50 ppm浓度下对X80钢的MIC抑制率高达90%以上。这一研究为设计下一代智能防腐材料提供了全新理论范式，将为我国油气开发、储氢设施等国家重大工程中的MIC防护提供关键防护保障。

　　相关研究工作以“Synthesis of Cu-Ag Bimetallic Nanoparticle Hydrosols and Their Superior Antibacterial Performances for Control of Microbial Corrosion by Desulfovibrio Desulfuricans Biofilm”为题发表于Adv. Funct. Mater. 2025,2500354。东北大学与金属所联合培养硕士生李昌鹏、金属所博士生才政为论文的共同第一作者，金属所韦博鑫副研究员、许进研究员和东北大学徐大可教授为论文的共同通讯作者。

　　该研究工作得到了国家自然科学基金(U24A2032和52301115)、国家杰出青年科学基金(52425112)和中国博士后科学基金(2023M743575)的资助。

图1. Cu-Ag BNPs水溶胶的制备和表征

图2. Cu-Ag BNPs水溶胶杀菌和缓蚀性能测试结果

图3. Cu-Ag BNPs水溶胶缓蚀性能电化学评价

图4. 腐蚀产物膜的XPS和ToF-SIMS表征分析

　　图5. Cu-Ag BNPs水溶胶金属离子吸附与脱附DFT计算与抗菌-缓蚀机理示意图

关键词：微生物腐蚀机理与防护

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