第十五届全国表面工程大会

二维涂层（尤其石墨烯Gr和六方氮化硼hBN）具有优异的化学/力学稳定性和致密的晶格结构，可以在（亚）纳米厚度级别上显著提高金属衬底（比如Cu和Ni）的抗腐蚀性能。然而，二维涂层上不可避免的缺陷常常带来反向的腐蚀加剧效应，这普遍被归结于二维涂层带来的电偶腐蚀效应：电子从金属表面转移到导电性的二维涂层上，从而促进金属表面氧化反应。然而，二维涂层的电子功函数比金属表面更高或相似，长期无法合理解释实验上普遍观察到的电偶腐蚀现象。针对这个长期悬而未解的科学问题，我们通过第一性原理计算，对比性地研究了四类涂层/金属体系（Gr/Cu, Gr/Ni, hBN/Cu, hBN/Ni）中的界面耦合状态、电子功函数等基本的电子结构状态，然后联合计算了涂层表面吸附态的电化学相图和最关键的腐蚀阴极反应过程（即氧还原反应，ORR）。本工作不仅发现了界面成键耦合对ORR活性的极大促进作用，还证明了ORR动态反应所带来的表界面电子消耗过程是导致实际电偶腐蚀现象的根本原因，理论计算所得到的腐蚀电位也自洽解释了众多实验测量的结果。本工作可以为未来更多二维涂层的表界面精准调控和抗腐蚀性能的提高提供关键理论依据
 

二维涂层，界面耦合，电子功函数，动态电偶腐蚀，第一性原理计算