ZIF-8是通过溶剂热法合成的。首先，将溶液A（6g 六水合硝酸锌溶解于100mL甲醇中）和溶液B（13.92 g2-甲基咪唑溶解于100 mL 甲醇中）混合，并磁力搅拌 3 小时。随后，将混合物转移至聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压釜中，在 70 °C 下保持 12 小时。冷却至室温后，反应产物以 4000 r/min 的速率离心，并用甲醇洗涤，此步骤重复 3 次。最后，将粉末在 70 °C 下真空干燥并研磨，得到粉末。将 PDMS (400 µL) 和 HDI (100 µL) 加入一定量的 THF 中，在 600 r/min 的磁力搅拌下搅拌 2 小时，以获得 NPDI。然后，加入不同质量分数（0.6 wt%、1 wt%、2wt% 和3wt%）的 ZIF-8 粉末以及一定量的 FOTS 进行进一步搅拌，最后通过滴涂法将其涂覆在钢板上完成制备。固化过程在室温下进行。最后，将 0.2 g SiO₂ 溶解在 20 ml 乙醇中，在距离表面约 10 cm 处喷涂三次，并在室温下固化，得到干膜厚度约为 81 µm 的涂层。上述制备工艺如图 1 所示。由于添加 1 wt% ZIF-8 的涂层在抗菌实验中表现出最佳性能，因此将其作为后续分析的样品。

在本研究中，ZIF-8是通过水热合成法制备的。图 2(a)-(d) 展示了 ZIF-8 的形貌结构及其尺寸大小。观察发现，ZIF-8 颗粒具有相对均匀的八面体结构，粒径范围在100nm至1μm 之间，表明其具备为涂层提供微纳结构并增加表面粗糙度的能力。图2(e)-(h) 中 ZIF-8的EDS 能谱分析显示，ZIF-8含有C、N 和 Zn 元素，且所有元素分布均匀，这也证明 ZIF-8 已成功制备。图2(i)-(l) 展示了 ZIF-8@SiO₂/NPDI 涂层在不同尺度下的微观结构。在图2(l) 中可以清晰地观察到类似于荷叶表面的乳突状结构和粗糙表面，这种粗糙度是由 ZIF-8 和 SiO₂ 纳米粒子共同提供的；其中 ZIF-8 作为抗菌剂，而SiO₂ 作为疏水增强剂。突起之间存在大量的空隙，这对于粗糙表面捕获空气至关重要。图 2(m)-(p) 显示了 NPDI 中存在 Si、O、C 和 N 元素，其中 Si 元素由 PDMS 提供，这与 NPDI 的预期成功制备相一致，验证了制备的成功；EDS 显示的各种元素的均匀分布也证明该涂层实现了均匀涂覆。图2(q)-(x) 展示了 ZIF-8@SiO₂/NPDI 中存在 C、O、Zn、Si、F 和 N 元素，F 元素的均匀分布证明成功引入了硅烷偶联剂。

图 3 综合展示了通过红外光谱（FTIR）、X 射线衍射（XRD）和热重分析（TGA）对制备材料进行的全面表征结果，旨在验证其化学结构、晶体完整性及热稳定性。首先，FTIR 分析（图 3a-c）证实了化学合成的成功：图 3(a) 显示 HDI 的特征异氰酸酯峰消失并出现新的吸收带，确证了 NPDI 聚合物的形成；图 3(b) 和 (c) 则通过检测Zn—N 键及咪唑环的伸缩振动，证实了 ZIF-8 晶体的成功合成以及其在ZIF-8@SiO₂/NPDI 复合涂层中保持了结构完整性，同时确认了SiO₂和PDMS 组分的存在。其次，图 3(d) 的 XRD图谱进一步表明，制备的 ZIF-8 衍射峰与标准晶体卡片高度吻合，且在复合材料中其晶体骨架未受破坏，同时也显示了 SiO₂ 的结晶形态。最后，图3(e) 的热重分析曲线揭示了材料优异的热性能，数据显示纯 ZIF-8 具有高达382 °C 的热分解阈值；尽管复合涂层因有机组分及界面的引入使其热分解起始温度降至275 °C，但得益于刚性骨架、交联网络及SiO₂覆盖层的三重保护机制，其热稳定性依然显著优于传统环氧树脂。

图 4(a) 呈现了涂层优异的超疏水特性，其水接触角显著超过160°且滚动角小于5°，液滴在表面表现出完全不粘附的 Cassie-Baxter 状态。这种超疏水性源于ZIF-8骨架与SiO₂纳米粒子构建的微纳双尺度粗糙结构以及低表面能（约20.3mJ/m²）的协同效应，该表面能数值恰好处于 Baier 曲线定义的最低生物污损附着范围内，有助于实现被动防污。为了评估涂层的机械稳定性，图4(b)展示了使用 1000 目砂纸进行磨损实验的装置，图4(c)则量化记录了 NPDI、ZIF-8/NPDI 及 ZIF-8@SiO₂/NPDI 三种样品在经受 1000 次磨损后的重量损失情况。结果显示，ZIF-8@SiO₂/NPDI 涂层的重量损失低于 30mg（失重率 <10%），表现出极低的磨损率。这种出色的耐磨性归因于 ZIF-8/SiO₂ 形成的硬度梯度结构以及 Si-O-Zn 强界面结合，能够有效耗散机械应力并抑制裂纹扩展，证明了该涂层在海洋防护应用中的巨大潜力。

图5系统展示了 ZIF-8@SiO₂/NPDI 涂层在不同污染场景下优异的防污与自清洁性能及其作用机理。首先，图5(a) 和 5(b) 通过静态防污实验证实，该涂层对酸、碱、盐溶液及咖啡、牛奶等多种水基液体具有广谱排斥性，液体在表面呈圆球状且浸泡后无残留。其次，图5(c) 的动态泥水浸泡测试表明，即使在含有颗粒污染物的污泥水中浸泡15秒，涂层表面依然能保持洁净状态。此外，图5(e) 通过土壤冲洗实验直观演示了其自清洁能力，少量水流即可将表面的人工污染物（花土）轻易冲走且几乎无残留。最后，图 5(d) 的示意图揭示了这一机制源于微纳复合结构维持的Cassie-Baxter稳态气膜与ZIF-8化学惰性表面的协同作用，从而有效解决了传统超疏水材料在复杂污染中易失效的问题。

图6展示了ZIF-8@SiO₂/NPDI 涂层在多维加速老化实验下的稳定性评估结果。该图定量记录了涂层在经历 -80°C 冷冻、80°C烘烤、强酸（pH=1）与强碱（pH=14）浸泡、紫外线照射以及1000次机械磨损等极端环境后的润湿性能（接触角）演变规律。数据表明，得益于SiO₂层的化学屏蔽效应及有机胺基团对光自由基的捕获机制，涂层在温度变化、酸碱腐蚀及紫外线辐射下均保持了优异的疏水稳定性（接触角维持在127°以上）；仅在剧烈机械磨损后因纳米结构损耗导致接触角降至101.1°，总体证实了该涂层在恶劣海洋环境中具有出色的防污应用潜力。

图7全面展示了 ZIF-8@SiO₂/NPDI 涂层卓越的机械性能与附着稳定性。图7(a) 和 7(b) 通过搭接剪切实验及与其他涂层的对比分析，揭示了该涂层凭借独特的仿生珍珠“砖-泥”结构，展现出高达35.4MPa 的剪切强度和优异的机械性能。图7(c) 和7(d) 的胶带剥离与标准划格法实验分别证明了涂层表面的抗粘附性以及高达4B级的基底附着力，这得益于涂层极性官能团与钢板间的强化学与物理相互作用。此外，图7(e)的承重实验直观显示，哑铃型材料样条在弯曲状态下能轻松提起超过自身重量2600倍的重物而不发生脆性断裂，证实了有机与金属有机框架的协同作用使材料实现了轻质高强与优异韧性的完美平衡，有效克服了传统涂层易因应力集中而剥落的缺陷。

图8展示了通过菌落计数法对不同涂层样品（对照组、NPDI、ZIF-8/NPDI 和 ZIF-8@SiO₂/NPDI）进行抗菌性能表征的结果。该图直观地对比了各组的细菌生长情况，揭示了单纯的NPDI涂层抗菌能力有限，而一旦引入ZIF-8，涂层的抗菌效果得到显著提升。这一结果确凿地证明了ZIF-8组分在复合体系中发挥了关键的抑菌作用，为后续制备高性能抗菌复合涂层提供了实验依据。

图9.(A)对照组和ZIF-8@SiO₂/NPDI涂层钢板在大肠杆菌和金黄色葡萄球菌悬液中浸泡24小时后的菌落培养图像；(B)对照组和ZIF-8@SiO₂/NPDI涂层钢板的抑菌率；(C)ZIF-8的抑菌机理。

图9详细展示了 ZIF-8@SiO₂/NPDI复合涂层的抗菌效能及其作用机理。图9(a) 和9(b) 提供了定性和定量的抗菌测试结果，显示该涂层能显著减少细菌附着，且对大肠杆菌的抗菌率超过99%，对耐药性更强的金黄色葡萄球菌抗菌率也普遍超过 85%。图9(c) 则揭示了其“主动保护”的抗菌机理：一方面是化学作用，ZIF-8水解释放的Zn²⁺通过静电作用破坏细菌细胞膜导致胞内物质泄漏；另一方面是物理作用，ZIF-8的微纳结构能对细菌细胞壁进行机械穿刺。这种化学释放与物理穿刺相结合的协同机制，使其突破了传统被动抗菌的局限。

图10全面展示了 ZIF-8@SiO₂/NPDI 涂层针对小球藻的优异抗藻防污性能。图10(a) 的静态浸泡实验结果显示，相比于被藻类严重覆盖的对照组，复合涂层表面仅有微量附着，其防污率高达96%以上。图10(b) 的紫外-可见光谱分析（关注680nm处吸光度）揭示了涂层不仅能物理抗附着，还能显著抑制小球藻的生长与繁殖。此外，图10(c) 通过使用电动搅拌器（490rpm）模拟船舶航行的动态环境，结果表明在水流冲刷下涂层表面依然保持清洁无藻，有力地验证了该材料在实际海洋航行条件下具备出色的抗污稳定性。

图11系统概括并展示了该新型涂层实现长期海洋防污的“被动保护-主动杀菌-机械保护”三重协同机理。在被动保护方面，该图描绘了涂层表面的乳突微结构如何产生“气垫效应”以减少生物接触，并利用超疏水特性带来的低界面结合力实现水流剪切下的自清洁；在主动杀菌方面，展示了ZIF-8释放的Zn²⁺阳离子如何靶向吸附并破坏带负电的细菌结构，从而从源头抑制生物膜的形成；在机械保护方面，图示揭示了珍珠仿生“砖-泥”结构中氢键与共价键的络合作用，阐明了涂层如何通过内部氢键的可逆断裂与重组来吸收能量和分散应力，从而在复杂的海洋环境中维持卓越的结构完整性。