寧波材料所對新型綠色緩蝕劑機理研究取得系列進展

【引言】

緩蝕劑技術因為高效、成本低且操作簡單等特點，已成為防腐蝕技術中應用最為廣泛的方法之一。如今可持續發展戰略已成為世界各國的共識，“綠色”緩蝕劑作為腐蝕防護領域重要的發展方向，引起人們的廣泛關注。但緩蝕劑的深層次構效關系極為復雜，其防腐性能取決于金屬、腐蝕介質、緩蝕劑的分子結構、溶解性、溫度等諸多因素，使得研發具有應用前景且水溶性良好的高效環境友好型緩蝕劑極具挑戰性。特別是緩蝕劑的分子結構與緩蝕性能之間具體的構效關系到底如何，多年來一直是緩蝕劑領域亟待解決的難題。

【成果簡介】

鑒于此，中科院寧波材料所王立平研究員團隊博士后強玉杰通過引入第一性原理以及分子動力學模擬技術，有效預測了有機緩蝕劑分子的吸附位點和吸附強度，并對緩蝕劑分子在金屬表面的吸附軌跡進行解析，進而成功指導新型緩蝕劑的分子設計，研發出了碳量子點、生物大分子DNA、洛沙坦鉀、四唑衍生物等一系列新型高效綠色緩蝕劑。相關成果作為系列研究，相繼發表于Chemical Engineering Journal 406 (2021) 126863,?Journal of Materials Science & Technology 52 (2020) 63–71, Journal of Molecular Liquids 305 (2020) 112789, Journal of Molecular Liquids 298 (2020) 111975, Corrosion Science 161 (2019) 108193, Applied Surface Science 492 (2019) 228–238。

【圖文導讀】??

圖1：中性以及質子化狀態下的BTA和BBTA分子在Cu(111)表面的穩定吸附構型。

圖2：洛沙坦鉀LP在中性及質子化狀態下的分子優化結構、前線軌道以及靜電勢圖。

圖3：LP在Fe(110)表面的穩定吸附構型以及其分子中雜原子與Fe基底之間的徑向分布函數。

圖4：LP單分子膜對金屬基底的防護效果圖。

【總結】

本研究通過分子模擬與實驗技術相結合，協同研發出了一系列水溶性良好的新型高效緩蝕劑分子。發現S原子的橋接、N原子的摻雜分別使得BBTA、碳量子點在金屬表面具有多重錨定吸附作用，從而顯著提高了其緩蝕性能。進一步通過Fukui指數推斷LP分子中的潛在活性吸附位點，研究了LP分子中咪唑環、四唑環、Cl原子等與Fe基底的徑向分布距離從而探究成鍵模式，證明其物理/化學作用協同的吸附模式可以有效地阻止腐蝕性離子的滲透。總之，本工作闡明的分子/原子尺度的緩蝕機制可以幫助研究者進一步理解緩蝕劑的構效關系，為設計和制備優異的新型高效綠色緩蝕劑提供有力指導。

本文由作者團隊供稿。