想象一下涂覆涂层的金属，例如汽车或输送天然气的管道，油漆或聚合物涂层可保护下方的金属免受腐蚀。然而，涂层上若存在划痕或缺陷，可能导致金属提前降解。这是通过阴极剥离机制发生的，环境大气中的氧气和水分快速扩散引发氧还原反应（ORR），所产生的的自由基会加速涂层破裂。

（图片来源：sciencedirect.com）

关键问题在于‌ORR速率，它决定了底层金属的寿命。然而，涂层与金属之间的界面被覆盖或难以触及，测量涂覆涂层金属的腐蚀速率存在挑战。

用于测量该速率的传统技术，例如动电位极化法，通过辅助电极（即对电极）使界面极化。其原理是使离子电流在涂层金属和对电极之间的电解液中流动，由此可以在外部电路中测量电子电流，从而推算腐蚀速率。然而，这存在局限性，有机涂层具有‌离子不可渗透性‌，导致涂层覆盖区域无法有效极化。因此，需要新型电化学技术来量化此类涂层金属的降解速率。

据外媒报道，最近，印度理工学院（IIT）等机构的研究人员提出一种新方法，利用氢渗透电位法（HPP）和电化学阻抗谱（EIS）来测量涂层下的氧还原反应（ORR）速率。相关研究发表于期刊《腐蚀科学（Corrosion Science）》。

HPP的原理是利用原子氢的电化学还原特性，从双电化学池（double electrochemical cell）背面极化涂层金属界面。通常情况下，氢原子的作用方式与传统极化技术中的辅助电极类似，即它可以使涂层金属极化，但不受离子传输的限制。

基于此，研究人员首先在双电化学池的一侧使用模型电催化钯（Pd）膜定量生成一定量的氢气。氢气穿过Pd膜渗透至另一侧电化学池，在那里与已经存在的氧气发生反应，并建立起电化学平衡电位。随后，研究人员以阶梯式递增方式提升单侧电化学池的产氢量，使更多的氢原子透过Pd膜渗透，从而使另一侧电化学池中更多的氧气被还原。这反映为电化学电位降低。通过精确测定单侧电化学池的产氢量，并证实几乎全部氢气均可定量与另一侧电化学池的氧反应，研究人员首次实现了ORR速率的测定。

随后，研究人员使用这种方法来测量单侧涂覆丙烯酸酯聚合物的Pd膜表面的ORR。结果表明，这种方法可以精确地测量涂层下方的ORR动力学，这与传统极化法测得的微小电流或零电流差别很大。但这仍然存在一个问题，即所测得ORR速率是否确实是涂层降解的真实动力学过程。

研究人员由此想到使用经典EIS等互补技术。EIS的原理主要是测量ORR的电荷转移电阻和阻隔性能，即聚合物涂层的孔隙电阻。如果HPP方法确实可以测量涂层降解的真实速率，那么这必然与ORR进程中电荷转移电阻和涂层孔隙电阻的降低有联系。此外，研究人员成功地扩展了这种HPP-EIS组合方法，以测量沉积在Pd膜上的薄层工业金属（例如铁）上的聚合物涂层的降解速率。

这项技术将有助于确定输送氢气和天然气的管道上聚合物涂层的剥离速度。但研究人员认为，新型HPP-EIS技术的意义远不止于涂层下面的腐蚀研究，还涵盖传感器、燃料电池以及依赖界面电化学现象的基础研究领域。