近日，东北大学王福会教授团队徐大可教授课题组在钛材料微生物腐蚀机制研究领域取得重要进展，相关成果“Microbially reduced flavins destabilize the TiO2 passive film of titanium under bulk aerobic conditions”发表于国际著名综合性期刊《国家科学评论》（National Science Review，DOI: 10.1093/nsr/nwag426）。李嘉琦副研究员为论文第一作者，徐大可教授和Derek R.Lovley教授为共同通讯作者，东北大学为第一完成单位。
钛及钛合金凭借轻质、高强和优异的耐腐蚀性能，被广泛应用于深海装备、航空航天、核能工程及生物医用植入体等领域。其优异耐蚀性主要来源于表面一层仅数纳米厚的二氧化钛（TiO2）钝化膜。这层膜如同保护钛材料的“金钟罩”，能够隔绝腐蚀介质并阻断电子传递。然而，几乎不导电的钝化膜如何被海洋微生物破坏，一直是钛微生物腐蚀研究中的关键科学问题。
针对这一问题，本研究发现，海洋电活性细菌海藻希瓦氏菌（Shewanella algae）在钛表面形成生物膜后，会持续消耗氧气，形成局部厌氧微环境，并抑制钝化膜的再钝化过程。同时，细菌分泌的黄素作为“电子快递员”，将电子传递至TiO2钝化膜，使其逐渐还原为低价态钛氧化物，导致钝化膜减薄、缺陷增加，最终削弱其保护能力并加速钛的局部腐蚀。
这一发现颠覆了“钛合金在海洋环境中几乎不会被腐蚀”的传统认知。该研究表明，微生物不仅能够通过有机酸、硫化物等代谢产物改变腐蚀环境，还能够通过胞外电子传递直接改变钝化膜的化学状态和电子结构，即微生物不仅能够“改变环境”，还能够“改变材料”。该发现深化了对钝性金属微生物腐蚀机制的认识，并为新一代耐微生物腐蚀钛材料的设计提供了理论依据。
以上工作获得了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、辽宁省博士科研启动基金及中央高校基本科研业务费专项资金等项目的资助。
海藻希瓦氏菌通过电子传递破坏钛钝化膜示意图
