有机杂原子化合物传统上被用于在无机材料上形成有序的自组装多层结构[[1], [2], [3], [4]]。利用“浸渍化学涂层和等离子体电解”方法进行有机化合物的有序自组装是化学领域中制备化学复合体和功能性材料的最活跃方法之一。该方法基于自然界中分子通过自组织构建(超有机)结构的方式。例如,许多有机分子(如硫醇盐)通过范德华力和简单的几何偏好在Au(111)等基底上有序排列,从而揭示了形成明确化学结构背后的驱动力[5]。通过自组装技术已经开发出了多种有机分子结构,其中有机部分是常用的组成单元。
在基底表面,分子-基底和分子-分子之间的相互作用对于决定有机层的最终几何形状至关重要。例如,具有不同官能团但骨架相似的有序有机分子会形成不同的自组装结构[6]。此外,表面上的类似分子自组装过程可以产生多种结构,这可能是由于吉布斯自由能的局部最小值在热力学上更受青睐,或者是因为晶体本身较为稳定[7,8]。自组装路径的复杂性可能导致形成亚稳态的晶体结构,这种结构对应于局部自由能的最小值。通过调整时间、冷却速率等参数,可以精细调控自组装相的最终分子几何形状[[9], [10], [11]]。
尽管8-羟基喹啉作为腐蚀抑制剂已在溶液中得到广泛研究,但8-HQ在PEO衍生的多孔MgO表面的溶剂依赖性自组装行为及其形成的杂化结构仍大多未被探索。此外,8-HQ与MgO之间的界面键合机制以及它们在不同溶剂中的行为尚未通过实验表征和密度泛函理论(DFT)计算进行全面研究。因此,本研究为溶剂控制的自组装提供了新的见解,揭示了类似花朵的杂化结构的形成及其对AZ31 Mg基底抗腐蚀性的协同贡献。我们提出了一系列针对不同化学基团在多孔无机表面上的分子自组装行为的研究,考虑了化学化合物之间物理键合强度从弱到强的各种情况。结果表明,可以在具有不同表面形态的无机表面上构建分层的8-HQ@MgO结构,从而实现显著的抗腐蚀性能。将8-HQ掺入无机层显著提高了有机-无机结构的耐久性和多功能性,为无机涂层的先进应用开辟了新的可能性。此外,我们的研究表明,基于8-HQ的有机-无机材料在多孔基底表面上的电化学稳定性明显高于相关多孔涂层层,进一步突显了其优越的稳定性。