钢铁是应用最为广泛的建筑材料，广泛应用于建筑业、船舶结构、制造业和核电站等^[1~3]。然而海洋环境是最为严苛的自然腐蚀环境，当钢铁结构应用于海洋环境中时，海洋微生物影响腐蚀(MIC)和生物污损是海洋开发建设的一个重要问题，它会大大降低海洋工程设施的使用寿命，增加船舶的航行阻力^{[4, 5]}。海洋微生物腐蚀和生物污损都源于生物膜的形成，即海洋微生物(细菌、藻类、软体动物等)的附着及其分泌物，根据最新的MIC研究进展，人们普遍认为MIC主要是由金属表面形成的生物膜引起的，它可以改变电化学条件，从而影响腐蚀过程^[6]。根据这一观点，一旦生物膜被破坏，MIC就可以得到缓解。因此，有效增强钢铁耐生物膜附着，进而增强其耐MIC及防污性能，是亟待解决的问题。

镀锌方法是一种被广泛接受的保护钢铁基材不受腐蚀的工业做法。Zn具有更好的润湿特性，可以帮助提高界面(镀层-基材)的结合特性，从而产生更高的机械强度、抗腐蚀和摩擦学特性^[7~9]。随着海洋资源的开发和利用，大量工程设备应在海洋环境中使用，但其耐生物附着性能仍然有待提升。因此，对锌镀层进行改性以使其具有良好的抗生物污损能力是非常重要的。为了使锌镀层在不同的恶劣环境中发挥作用，人们已经做出了巨大的努力。例如，锌–有机复合镀层Zn-DCOIT和Zn-壳聚糖的抗菌性能^[10~12]，新型Zn-Ni-WC纳米复合镀层实现了力学性能的极大改善和对钢铁基材表面的腐蚀保护^[13]，电沉积法制备的Zn-Ag和Zn-Cu/Ag纳米复合镀层具有很强的抗菌性能^[14,15]，此外，将抗菌剂与锌镀层耦合已被证明是提高防污性能的一种可行方法^[10]。此外，抗菌剂只有在镀层表面具有良好的分散性时才能发挥其最佳作用，据报道，由于微扰动、微射流、冲击波和范德华力的影响，超声波辅助在电沉积过程中可以促进颗粒在电解质溶液中的分散。在冲击波、微扰动和微射流的影响下，电极表面的氢气泡破裂和声波流动也会改善孔隙率。在形态方面，超声引起的声空化促进了光滑均匀表面的形成，其中的颗粒分布均匀，这些变化对材料的成分和物理性质(如耐腐蚀性、磁化、磨损和显微硬度)有直接影响^[16~18]。在电沉积过程中加入搅拌和化学添加剂的辅助可以促进颗粒在电解质溶液中的分散，得到的镀层更加致密、光滑，抗菌剂在镀层中分布更加均匀，负荷量显著提升^[19~21]。因此在电沉积过程中加入一些辅助手段可以有效控制锌镀层的电沉积过程，有助于保证抗菌剂的良好分散。

有研究表明，由于光化学、海洋生物、大气沉降等作用致使上层海洋普遍含有过氧化氢(H₂O₂)，浓度可高达10² nmol·L^{-1 [22,23]}。而过氧化物酶可以与过氧化氢反应产生羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O2-)等活性自由基，这些活性自由基可以直接攻击微生物，然后将它们完全分解^[24]。通过这个过程，生物膜在海洋设施的表面的形成将被限制，从而防止进一步的微生物腐蚀和生物污损。Co₃O₄纳米颗粒的中空纳米结构具有独特的明确的内部空隙，大表面积和薄壳，是理想的催化纳米反应器，因为反应物和产物具有丰富的可接近的活性位点和底物通道。此外，复杂的壳结构最大限度地发挥了中空结构的优点，并表现出出色的催化活性^[25~27]。基于金属有机骨架(MOF)衍生的Co₃O₄纳米颗粒，不仅保留了MOF异常的结构多样性和复杂性，还解决了MOF固有的不稳定性和低电导率等问题^{[28, 29]}。因此，在这项工作中，通过电沉积方法将Co₃O₄模拟酶催化剂耦合到锌镀层中，制备了新型的Co₃O₄-Zn抗菌锌基复合镀层，证明Co₃O₄-Zn复合镀层具有优异的防污抗菌效果，进而揭示了其抗菌机制。

所有化学品均为分析级，未经纯化。Co(NO₃)₂·6H₂O、2-甲基咪唑(2MI)、KCl、NaCl、Na₂HPO₄、KH₂PO₄、Na₂SO₄、ZnSO₄·7H₂O、H₃BO₃、H₂O₂、Al₂(SO₄)₃·18H₂O、HCl (36%~38%)、油酸钠(NaoI)、异丙醇(IPA)、草酸钠(SO)和对苯醌(BQ)、蛋白胨和酵母提取物、琼脂粉末、活死细胞染色试剂盒(Live-Dead Cell Staining Kit)、锌片(50 mm × 20 mm × 5 mm)、Q235碳钢片(10 mm × 10 mm × 10 mm和70 mm × 13 mm × 2 mm)、实验用饱和甘汞电极和铂片电极(20 mm × 20 mm)、实验所用大肠杆菌(Escherichia coli)、金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)、铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)均为本课题组分离提取。

在室温下将含有Co(NO₃)₂·6H₂O (582 mg)的甲醇溶液(30 mL)和含有2MI (984 mg)的甲醇溶液(10 mL)混合24 h来获得ZIF-67。反应完成后，将紫色沉淀用甲醇离心洗涤3次，最后在60℃下干燥。随后，将ZIF-67的粉末置于管式炉中并在氮气流下加热至400℃持续30 min。之后，关闭氮气，并将管式炉在空气中在400℃下保持30 min获得黑色粉末状固体。最后，将粉末在研钵中研磨得到Co₃O₄纳米颗粒。

电沉积前，Q235碳钢片(70 mm × 13 mm × 2 mm)用不同等级的砂纸(240#、1000#和3000#)抛光，在乙醇中超声振荡10 min，并在1 mol/L HCl溶液中活化。硫酸锌电解液的基本成分由250 g·L^-1 ZnSO₄⋅7H₂O、80 g·L^-1 Na₂SO₄、26 g·L^-1 H₃BO₃和40 g·L^-1 Al₂(SO₄)₃⋅18H₂O组成。电沉积时的电流密度为20 mA·cm^-2。在电沉积过程中，在电解液槽中以600 r/min的速度进行搅拌，以促进Co₃O₄的悬浮。同时，在槽中引入功率为30 W的超声波(t_on = t_off = 15 s)，以帮助分散和提高电沉积质量。电沉积时间设定为1800 s。电沉积完成后，用去离子水清洗样品并用氮气吹干。通过添加不同物质电沉积制备了4种类型纯Zn镀层和Co₃O₄-Zn复合镀层，然后分别对其进行命名为ZB：由纯锌电解液电沉积； ZY：由添加油酸钠的电解液电沉积；ZC：由添加Co₃O₄的电解液电沉积；ZCY：由Co₃O₄和油酸钠共同添加的电解液电沉积。(电沉积过程参数详情见表1)

通过扫描电子显微镜(SEM; ULTRA 55)观察了所得镀层的表面形态，使用能量色散X射线光谱仪(EDS; Detector Model 550i)进一步研究了镀层的元素分布。以5°·min^-1的扫描速度在10°~80°范围内记录镀层的X射线衍射(XRD; Max-3C)图谱。

使用CHI760e电化学工作站研究镀层的沉积电位。Q235碳钢片(70 mm × 13 mm × 2 mm)、纯Zn板和饱和甘汞电极(SCE)分别用作工作电极、对电极和参比电极。电沉积时将电压设置为-5~5 V vs SCE，根据电流密度为20 mA·cm^-2和工作电极面积S计算出电沉积电流，设置电沉积总时间为1800 s，沉积后记录下沉积电位E₁,测量电沉积之前和之后的质量m₁和m₂，通过使用等 式(1)评估质量增加Δm。

式中，Δm为质量增益(g·cm^-2)，m₁和m₂为工作电极沉积前后的样品质量(g)，S为工作电极有效电沉积面积(cm²)。

通过 公式(2)计算了电流效率η_c。

其中，η_c为电流效率，F为Faraday常数(等于96485 C·mol^-1)，I为电沉积过程中的电流密度(mA·cm^-2)，t为电沉积的总时间(s)，M_Zn为Zn摩尔质量(g·mol^-1)。

对Q235碳钢片(10 mm × 10 mm × 10 mm)进行恒电流电沉积，设置电流密度为20 mA·cm^-2，沉积时间为900 s，电压范围为-5~5 V vs SCE，全程监测沉积电位E1。电沉积结束后，使用铂电极替代锌电极作为三电极体系的对电极进行电化学阻抗谱(EIS)、阴极极化曲线和循环伏安测试测试。阴极极化曲线测试的条件设置为：电位(-250~0 mV) vs OCP，扫速1 mV·s^-1。偏电位阻抗测试的条件设置为：电位设置为电沉积时的稳定电位E1，频率设置为10⁵~10^-2 Hz，电化学扰动设置为25 mV。循环伏安测试测试条件设置为：扫速50 mV·s^-1，电位为-1.6~-0.4 V，扫描圈数为100。并且将电镀液稀释20倍，这样可以防止镀液中锌离子造成浓差极化。

以Q235碳钢片(10 mm × 10 mm × 10 mm)为阴极，进行恒电流电沉积，设置电流密度为20 mA·cm^-2，沉积时间为1800 s，电压范围为-5~5 V vs SCE。将上述电沉积过的碳钢片作为工作电极，铂电极作为对电极，饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极使用CHI760e电化学工作站进行电化学阻抗谱(EIS)和阴极极化曲线测试用来测评复合镀层的耐腐蚀性。电解液采用实验室配置的3.5% (质量分数) NaCl溶液来模拟海水。偏电位阻抗的电位设置为OCP，频率为10⁵~10^-1 Hz，电化学扰动设置为10 mV。阴极极化曲线测试时电位设置为OCP-500 mV~OCP + 1000 mV，扫速设置为1 mV·s^-1。

抗菌性能测试实验选用海洋环境中常见的细菌：铜绿假单胞菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌^[30]。活化的铜绿假单胞菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌在液体LB培养基(10 g·L^-1 NaCl、10 g·L^-1胰蛋白胨和5 g·L^-1酵母提取物)中于37℃恒温培养12 h。用离心机以6000 r/min的速度离心5 min，将细菌从液体LB培养基中分离出来，再悬浮在磷酸盐缓冲盐水(PBS，8.0 g·L^-1 NaCl、0.2 g·L^-1 KCl、1.44 g·L^-1 Na₂HPO₄、0.44 g·L^-1 KH₂PO₄的蒸馏水)中，得到10⁷ cfu·mL^-1的细菌悬浮液。将复合镀层分别放置于含有10⁷ cfu·mL^-1大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌的细菌悬浮液中，设置两组实验，一组在菌液中加入浓度为0.5 mmol·L^-1的H₂O₂，另外一组不加入过氧化并保持2 h。实验结束后将样品在灭菌的PBS溶液中略微清洗，然后用活死细胞染色试剂盒在37℃下染色15 min。然后用荧光显微镜对样品上附着的细菌进行荧光观察。图像处理和计算由Image-pro Plus 6.0软件完成。

通过八周期试验进一步测试了镀层的稳定性。一个周期是指在将镀层暴露于10⁷ cfu·mL^-1大肠杆菌2 h，然后在菌液中加入过氧化氢再暴露2 h，这一过程重复7次。经过8次循环后，再进行上述荧光观察，以评估复合镀层的抗菌稳定性。上述所有实验均在超净工作台上进行，培养基和其他相关实验设备均已消毒。

催化反应涉及的活性氧化物一般包括⋅O2-、⋅OH和h^+[24]。在抗菌实验其他实验条件不变的情况下，在反应体系中加入10.0 mmol/L SO (h⁺的清除剂)、2.0 mmol/L BQ(·O2-的清除剂)和10.0 mmol/L IPA(⋅OH的清除剂)。根据模拟酶催化抗菌效率的变化，验证了模拟酶催化过程中的主要活性物种。对镀层进一步进行了电子顺磁共振(EPR)测量。

图1示出了ZB、ZY、ZC和ZCY镀层的表面形态。如图1a所示，ZB的表面形貌显示出典型的六方晶粒^[31,32]。表面是平坦且光滑的，具有缺陷(孔)，可能是电镀过程中产生的。在电解液中加入油酸钠后，锌基体的形态发生了显著变化，晶体变得更加致密，如图1b所示。在电沉积过程中吸附到电极表面的油酸钠分子显著改变了锌基质的晶体结构，合适的表面活性剂会改变成核速率，导致形态的变化。油酸钠也吸附在锌晶体表面，降低表面能，影响形貌^[33]。这与基于自由能最小化的平衡晶体形状有关，通过最小化表面能实现的稳定性产生了多面体结构^[34]。此外，如图1c和d所示，在复合镀层表面发现了明显的Co₃O₄(以蓝色标记)。Co₃O₄的添加对锌基体的晶体结构也产生了影响，使锌基体变得更加紧密。值得注意的是，ZC和ZCY镀层中的Co₃O₄与锌基体紧密结合。且ZCY中Co₃O₄的负载量略高于ZC，表明油酸钠的加入促进了Co₃O₄在锌基体中的复合。

为了确定Co₃O₄在复合镀层中存在，对Co₃O₄粉末进行SEM观察，如图2a所示。可以看出Co₃O₄的形态是中空的立方体结构，其与图2b所示的ZCY镀层中复合的纳米颗粒相似。然后，通过EDS分析镀层表面的元素分布如图2c~f所示。可以看出元素Co和O明显聚集在复合镀层上，也说明Co₃O₄纳米颗粒已经成功复合进镀层中。而且，Co₃O₄纳米颗粒可以从锌基体中清楚地区分出来，表明Co₃O₄和锌晶体之间存在物理键合而不是化学反应。

此外，对ZCY镀层的截面也进行了表征，如图3a所示，ZCY镀层的截面表明整个镀层沉积的厚度约为25~30 μm。由图3b的SEM和EDS图可以看出，可以看出区域1中存在大量Co和O。由图3c的SEM和EDS图可以看出，线扫的结果也显示该区域存在Co和O，这里也从侧面表明Co₃O₄纳米颗粒复合到了镀层中。随后，基于EDS结果(表2)计算Co/Zn原子比，以评估复合镀层中Co₃O₄纳米颗粒的复合浓度。在没有Co₃O₄纳米颗粒的掺杂得到的ZB和ZY样品中没有Co。而在有Co₃O₄纳米颗粒的掺杂得到的ZC和ZCY样品中有Co，通过表2可以看出ZCY的Co/Zn原子比为0.032大于ZC的0.012，说明ZCY复合镀层中Co₃O₄纳米颗粒的复合浓度大于ZC。超声对Co₃O₄纳米颗粒的共沉积有促进作用，油酸钠-超声的联用能够有效增加负载量。

为了进一步确定Co₃O₄-Zn复合镀层的存在和晶体结构，还进行了XRD分析，结果示于图4中。Co₃O₄的详细XRD图案显示于图4a中，在ZC和ZCY上发现了Co₃O₄纳米颗粒的所有主要晶体取向，而在ZB和ZY上没有发现，说明Co₃O₄纳米颗粒以完整晶体结构复合进镀层。当在没有任何添加剂的情况下沉积锌时，在图4b中标记为ZB，该材料的生长取向主要指向(101)和(103)。其它有效平面是(102)、(100)、(002)和(110)。这与文献^[35]相符合。然而，对于ZY、ZC和ZCY来说Zn峰的强度不相同，表面结构的变化是由于添加物质改变表面能导致的。将所有图案的峰强度归一化，将(101)峰的强度作为参考。在锌沉积过程中使用化学添加剂在(101)处产生强取向。在(101)中具有Zn的优先生长意味着当沉积Zn²⁺时实现了高电流效率。这一发现与 Mackinnon等^[36]用有机添加剂获得的高锌沉积效率的数据相一致。因此在ZY、ZC和ZCY上(101)峰的强度最大。由于ZY、ZC和ZCY的(100)和(110)晶面峰强度较大，因此ZY、ZC和ZCY上很可能形成枝晶。而ZY、ZC和ZCY(102)和(103)晶面的峰强度相对于(101)来说要低很多，说明添加的物质在(101)晶面上增强锌的生长。(002)面的主要作用是支持晶体的基底形态生长^[37]。综上所述，可以看出Co₃O₄和油酸钠的加入对锌的晶体结构有显著的影响。

通过阴极极化曲线、电沉积电位、循环伏安曲线和交流阻抗谱分析研究了复合镀层的电沉积行为。图5a为电沉积过程中的阴极极化曲线，反映阴极反应。在ZC和ZCY的极化曲线上出现一个明显的吸附峰，表明在阴极反应过程中Co₃O₄纳米颗粒在电极表面发生了吸附，而在ZB和ZY上没有吸附峰。ZCY上的吸附峰略强于ZC，表明ZCY上的吸附效应更强烈。因此，Co₃O₄纳米颗粒在ZCY上的负载量比ZC高。这与本文前面讨论的更高的Co₃O₄纳米粒子负载量相吻合。

CV曲线如图5b所示，所有镀层的还原峰电流均出现在-1.23 V vs. SCE附近，这是Zn²⁺的还原电位。在-0.85 V处出现氧化峰电流，表明Zn被氧化成Zn²⁺。此处重点分析了锌电沉积的重要特征之一—还原过程。ZY和ZCY的峰值电流相比于ZB和ZC高一些，说明ZY和ZCY的的还原效率要高一些。

图5c显示了沉积期间的电沉积电位。所有镀层的电位在最初几秒内显著地向更负的方向偏移，我们将其归因于Zn晶体的成核现象^[38]。沉积电位越负，阴极极化越强，更有利于Zn²⁺的还原。纯Zn镀层的沉积电位在-1.28 V vs. SCE，油酸钠的加入使电沉积电位负移。主要是由于油酸钠是阴离子型表活，大的阴离子基团与Zn²⁺络合导致电位变化。对于加入了Co₃O₄纳米颗粒的复合镀层，Co₃O₄纳米颗粒的加入也使镀层的电沉积电位负移。说明油酸钠和Co₃O₄纳米颗粒都加速了Zn²⁺的还原。制备的镀层的电流效率总结于图5d中。ZB、ZY、ZC和ZCY镀层的电流效率分别为57.2%、67.16%、63.29%和69.83%。电流效率的明显增加可能是由于油酸钠和Co₃O₄纳米颗粒的加入。

如图5e所示，在电沉积电位下(参见图5c)记录的所有镀层的EIS结果揭示了Nyquist图中的高频电容性回路和低频电感性回路。在高频下观察到的容抗弧与Zn²⁺还原过程中的双电层电荷转移过程有关，半圆的半径反映了电沉积过程中的电荷转移电阻(R_ct)，较大的半径意味着较大的R_ct，容抗弧半径反映了还原过程的反应阻力。在低频区域下，电感明显的感抗说明了单分子膜在微晶的小平面上开始和生长^[39]。在此分析之后，通过图5f所示的等效电路拟合EIS数据，ZB，ZY，ZC和ZCY 4种镀层的R_ct和R_s值分别为1.824，0.645，1.815和0.378 Ω·cm²；5.298，4.757，5.057和4.341 Ω·cm²。其中，ZB的R_ct值是1.824 Ω·cm²，ZC的R_ct值是是1.815 Ω·cm²，表明Co₃O₄对电沉积表面上Zn²⁺的还原速率提升有限，而ZY的R_ct值是0.645 Ω·cm²，说明油酸钠对电沉积表面上Zn²⁺的还原速率有着较大的提升，ZCY的R_ct值是0.378 Ω·cm²，说明Co₃O₄和油酸钠共同作用下极大的加速了Zn的电沉积过程。总之，Co₃O₄和油酸钠都促进了电沉积表面上Zn²⁺的还原，超声辅助下添加了油酸钠和Co₃O₄的ZCY镀层显示了最高的加速效果。

通过在0.5 mmol/L的H₂O₂情况下的细菌悬浮液中进行的细菌附着抑制测试对复合镀层的过氧化物酶催化抗菌性能进行了评估^[40]。染色后，活菌表示为绿点，死菌表示为红点。图6a示出了镀层表面的荧光显微镜图像，并且图像中的绿色表示活细菌。在不加入过氧化氢的条件下，ZB、ZY、ZC和ZCY镀层细菌覆盖率分别为7.17%、6.69%、6.36%和5.97%。而在加入H₂O₂的条件下，镀层细菌覆盖率分别下降至6.43%、6.26%、0.27%和0.28%。且在这些镀层中很少看到死菌。细菌覆盖率总结于图6b中。

结果表明，在不加入H₂O₂的条件下，所有镀层的细菌覆盖率在7%左右，ZC和ZCY镀层的细菌覆盖率虽然略低于ZB和ZY，但是相差不大。说明在锌基体中的Co₃O₄材料本身没有毒性，不能够杀死或者抑制细菌附着。在加入H₂O₂的条件下，ZB和ZY的细菌覆盖率相较于不加入H₂O₂的条件下有降低，但是仍然保持在6%以上，表明细菌不受H₂O₂的影响，即0.5 mmol/L浓度的H₂O₂不具备杀死细菌的能力，且ZB和ZY没有表现出过氧化物酶催化活性。在加入H₂O₂条件下，ZC和ZCY的细菌覆盖率降低至0.3%以下，表明ZC和ZCY具有较强的过氧化物酶催化抗菌性能。在加入H₂O₂条件下，与ZB和ZY镀层相比，ZC和ZCY有效地抑制了细菌的附着并防止了生物膜的形成，这可以归因于Co₃O₄的高过氧化物酶催化性能^[41]。

随后，通过在大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌中的浸泡实验来研究复合镀层的广谱抗菌活性。这3株细菌是从中国三亚分离培养的典型海洋污损细菌，其中大肠杆菌和铜绿假单胞菌为革兰氏阴性菌，金黄色葡萄球菌是革兰氏阳性细菌。如图7a中所示，与ZB镀层相比，ZCY镀层在加入H₂O₂条件下很少有细菌附着，表明ZCY镀层对3种细菌都表现出优异的抗菌性能。如图7b所示，在加入H₂O₂条件下，ZB复合镀层上大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌3种细菌覆盖率分别为6.91%、6.30%和6.56%，而ZCY上的细菌覆盖率则分别下降至0.30%、0.27%和0.34%，说明ZCY有着广谱抗菌性能。

然而在实际的应用环境中，需要长时间的遭受微生物腐蚀和生物污损的侵害，因此镀层的抗菌稳定性应该是另一个重要的参数。将ZB和ZCY镀层放置于浓度为10⁷ cfu·mL^-1的大肠杆菌溶液中，并持续几个“有过氧化氢-无过氧化氢”循环。如图8b所示，在ZB镀层表面，细菌覆盖率通常随着循环次数(即时间)的增加一开始降低最后趋于稳定，说明最开始细菌慢慢附着，但是由于H₂O₂的影响菌数量有所下降，但是随着循环次数(即时间)的增加，由于生物膜的吸附动态平衡细菌的覆盖率最后显示出稳定的趋势。此外，图8a显示了荧光显微镜图像，经过8次循环后ZB的细菌总覆盖率有所下降并趋于稳定，但死菌比例明显上升。也说明了长时间的过氧化氢的影响对细菌也有一定的影响。而在ZCY镀层表面上，如图8b所示，在8次循环后细菌覆盖率保持极低，这显示出高的抗菌稳定性。如图8a所示，在8次循环后在ZCY镀层表面上几乎没有发现活细菌和死细菌。这一现象表明，在循环过程中，ZCY镀层能够持续地排出污垢细菌，并获得高度稳定的抑菌效果。

耐腐蚀性的保持被视为复合镀层的另一个重要的参数。通过在模拟海水中测量ZB、ZCY、电解液中加入H₂O₂的ZB和电解液中加入H₂O₂的ZCY 4组样品EIS和Tafel来评价复合镀层的耐蚀性。相应的结果示于图9中。如图9a所示，Nyquist图揭示了两个时间常数对应于Zn的电荷转移过程^[39]。应用R(QR)(QR)的拟合电路来分析Nyquist图(如图9d所示)。这里，代表耐腐蚀性的电荷转移电阻R_ct示于图9b中，电荷转移电阻R_ct与阻抗弧半径成正比。加入H₂O₂后，一方面由于溶液氧化性显著增强，改变了反应界面的双电层特性，导致ZB容抗弧半径明显减小；另一方面，加入H₂O₂后使得ZCY中的Co₃O₄纳米颗粒开始发生模拟酶催化反应，产生了大量的空穴与自由基，增强了ZCY导电性，导致容抗弧半径的减小，但是仍显著大于ZB。这些现象说明复合镀层中添加Co₃O₄纳米颗粒后，无论是否发生催化反应加入了Co₃O₄纳米颗粒的复合镀层的耐蚀性都显著提高。此外，如图9c所示，Tafel曲线表明，与ZB相比，ZCY的自腐蚀电位显著正移，自腐蚀电流密度减小，腐蚀电位与腐蚀敏感度相关，腐蚀电流密度与腐蚀速率成正比(自腐蚀电位和自腐蚀电流密度参数见表3)。这说明Co₃O₄纳米颗粒的加入降低了基体的腐蚀敏感性，并且减小了基体的腐蚀速率^[42]。ZCY的腐蚀钝化区明显比ZB的要宽，越宽的腐蚀钝化区表明有越稳定的钝化膜，越稳定的钝化膜表示镀层越耐腐蚀。在电解液中加入H₂O₂后，相比于ZB，ZCY的自腐蚀电位正移、自腐蚀电流密度减小和腐蚀钝化区更明显，说明无论是否发生催化反应加入了Co₃O₄纳米颗粒的复合镀层耐蚀性都显著提高。这些结果都表明，Co₃O₄纳米颗粒的加入在耐蚀性方面对锌基体产生了有利的影响，Co₃O₄纳米颗粒发生催化反应也不会降低镀层的耐腐蚀性。

过氧化物酶催化剂受到刺激后产生的⋅OH和⋅O2-等活性自由基在抗菌过程中发挥重要作用^[24]。Co₃O₄-Zn镀层产生的主要活性氧化物物种通过自由基捕获实验和EPR检测。如图10a和b所示，添加SO、BQ和IPA的ZB表面细菌覆盖率在不加入H₂O₂条件下分别为7.12%、6.70%和7.25%，在加入H₂O₂条件下分别为6.12%、6.46%和5.93%，这与未添加自由基捕获剂的杀菌情况几乎相同。这表明清除剂不具备杀死细菌的作用。

在不加入H₂O₂条件下且SO、BQ和IPA的存在下，ZCY镀层的细菌覆盖率分别为6.64%、5.85%和6.70%，这与不添加自由基捕获剂的情况下几乎相同。在加入H₂O₂条件下，当h⁺被SO捕获时，ZCY仍保持很高的抗菌效果，几乎不受影响。然而，当⋅OH和⋅O2-被BQ和IPA捕获时，ZCY的细菌覆盖率急剧增加到1.80%和2.11%，说明当⋅OH和⋅O2-被捕获后ZCY镀层不能通过过氧化物酶催化的作用达到杀菌效果。因此，⋅OH和⋅O2-是过氧化物酶催化抗菌过程中的主导活性自由基。

此外，为了进一步验证ZCY在H₂O₂刺激下产生的活性物质并支持捕获实验，用自旋阱DMPO进行EPR检测。如图10c~e所示，在不加入H₂O₂条件下没有DMPO-·OH、DMPO-⋅O2-和DMPO-h⁺的信号，而在加入H₂O₂条件下观察到DMPO-·O2-和DMPO-·OH的明显信号，表明⋅O2-和⋅OH都是主要的活性自由基。

综合以上结果，对Co₃O₄-Zn镀层的过氧化物酶催化抗菌机理进行了探讨。如图11所示，Co₃O₄纳米颗粒在与H₂O₂反应作为抗菌剂主要依赖于产生的⋅O2-和⋅OH自由基(详情见图12)。在复合到Co₃O₄-Zn镀层中之后，其保持与Co₃O₄纳米颗粒相同的抗菌机理，如下所述：在添加了H₂O₂之后，过氧化物模拟酶Co₃O₄与H₂O₂产生反应生成⋅O2-和⋅OH，产生的⋅O2-和⋅OH攻击细菌并导致细胞结构破裂^{[43, 44]}。且与h⁺的直接接触抗菌机制不同，⋅O2-和⋅OH更容易在镀层表面扩散。扩散的⋅O2-和⋅OH倾向于将细菌从基板表面驱逐，而不是杀死附着的细菌。

这项研究中，通过超声波辅助和添加油酸钠的电沉积方法，成功获得了新型Co₃O₄-Zn镀层。实验证明，Co₃O₄可以均匀地分散在Zn基体中，从而获得高度的模拟酶催化抗菌性能。通过SEM、EDS和XRD分析，证实Co₃O₄成功地复合到了镀层中。超声波和油酸钠的添加对镀层的表面形貌和Co₃O₄的负载量有显著影响。电化学结果显示，添加油酸钠既促进了Zn²⁺的还原，也促进了电沉积表面对Co₃O₄的吸附，从而提高了Co₃O₄的负载量。此外，还研究了Co₃O₄-Zn复合镀层对铜绿假单胞菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。结果表明，ZCY的抗菌效果最好，抗菌效率超过98%，这与Co₃O₄镀层的复合浓度高度相关。通过8次循环进一步测试了Co₃O₄-Zn镀层的稳定性，证明ZCY保持了很高的抗菌稳定性。最后，通过自由基捕获实验和EPR测量，提出了Co₃O₄-Zn镀层模拟酶催化抗菌的可能机制。在与过氧化氢反应后，Co₃O₄被激发产生⋅O2-和⋅OH，这些自由基被释放到镀层表面，进而抑制生物膜的形成。这项研究为将Co₃O₄模拟酶催化剂与Zn基质结合起来应用于生物膜抑制和海洋防污方面提供了一种新方法。