根据中国工程院对中国腐蚀现状及控制策略的研究，中国每年的腐蚀成本约为3100亿美元，占中国GDP的3.34%。据统计，通过使用有效的腐蚀保护策略，可以节省全球腐蚀成本的15%-35%，其中涂层防护是应用最为广泛和有效的防腐技术，在我国防腐涂层约占该领域66%。为了控制环境污染和保护劳动者/使用者的健康，我国制定了一系列措施限制高挥发性有机化合物（VOC）涂料的使用。水性环氧涂料释放的挥发性化合物的量极低，使其成为环保型防腐涂料的发展重点。但是，水性环氧涂料的结构由亲水性基团和表面活性剂构成，导致腐蚀性离子容易扩散到这些涂料中，且在固化过程中水性涂料易形成更多的缺陷和孔，为腐蚀性电解质提供了更多的扩散路径；水性环氧涂料在40年前就已投入商业应用，但由于其使用寿命短，在恶劣严酷环境中的应用受到限制。

  本论文创新性地设计和合成了一系列二维新型氧化石墨烯基纳米杂化材料。基于材料的迷宫效应以及特殊内在特性，通过共价杂化及功能化修饰，搭建了点-片修饰、片-片叠加、片-片插层、以及包裹结构的二维纳米杂化材料，为了提高二维纳米杂化材料的分布性能，防止其团聚，在加入聚合物基体之前先用烷氧基硅烷对其进行功能化处理，通过溶液混合的方法将0.1 wt.%的功能化二维纳米杂化材料加入聚合物涂层中制备了氧化石墨烯/氮化碳（GO@CN）、氧化石墨烯/氧化锌量子点（GO@ZnO QDs）、氧化石墨烯/MXene（GO@MXene）和氧化石墨烯/MOFs（GO@MOFs）纳米聚合物涂层，使水性环氧涂层的防腐性能得到显著提高。

  通过XRD、FT-IR、TEM和XPS等各种表征手段研究了这些纳米材料的结构和形态，以及硅烷试剂和纳米填料之间的化学相互作用。制备的涂层体系的水接触角、拉拔附着力、断口观测、EIS和盐雾测试的结果证明，纳米复合材料与纯环氧涂层相比，在耐腐蚀性方面有显着改善；同时，纳米复合涂层在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡时具有更全面的防腐性能和化学稳定性。在聚合物基质中加载纳米杂化物后，划痕周围的腐蚀点和起泡明显减少。根据断口的SEM图像，纳米杂化物可以均匀地分布在涂层基质中。由此可见，纳米杂化物在阻止腐蚀性物质的进入和增加环氧树脂基质的致密性方面具有重要作用；因此，通过在钢基体上使用纳米复合涂层可实现最高的耐腐蚀性。且对包含MOFs和ZnO QDs的纳米复合涂层进行抗菌性能和实海防污性能验证，也证实了其涂层体系在防污方面的应用潜力。

  纳米复合材料的迷宫效应增强了涂层的屏障性能，同时也提高了涂层的机械性能，杂化合成的纳米材料由于具有高体积比、杀菌等内在特性赋予了涂层多功能性质。二维纳米杂化改性技术使不同纳米材料在同一涂料系统中发挥各自优势，摒弃其缺点，并防止它们在涂层中团聚，综合性能优良。纳米材料在聚合物中的防腐机理主要归因于以下几个方面: （1）纳米填料和硅烷基团的作用,纳米复合涂层的表面粗糙度和水接触角均高于纯环氧涂层样品，纳米填料改变了聚合物表面形貌；（2）纳米复合涂层对金属基底具有较高的粘附强度，几乎是纯环氧涂层的两倍多，硅烷导致形成强的Fe-O-Si共价键，纳米材料在聚合物基体中形成紧密交联，增加了附着强度；（3）硅烷改性纳米材料可以显着提高聚合物涂层的阻隔性，EIS结果证实纳米填料可以提高聚合物涂层体系的R_pore和R_ct值，降低Q_c和Q_dl值，这些纳米填料可以堵塞孔隙并增加腐蚀剂渗透到涂层与金属基材界面的路径。

  利用有机-无机复合纳米材料和氨基硅烷之间的协同效应，证实了纳米杂化物在一个涂层系统中结合不同纳米材料的优势而摒弃劣势的可能性及重要性。研发的氧化石墨烯基防腐涂层体系，解决了环保型水性环氧涂层严峻海洋环境下易剥落、耐久性差的技术难题，并赋予同一体系涂层多功能应用潜力。