沙枣果实提取物作为绿色缓蚀剂在HCl溶液中对低碳钢的协同电化学与DFT研究

本研究针对酸性环境中低碳钢(MS)腐蚀问题，创新性地采用沙枣(Elaeagnus angustifolia)果实水提物(EA extract)作为绿色缓蚀剂。通过重量法、电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化(PDP)结合密度泛函理论(DFT)计算，证实100 mg/L浓度下缓蚀效率最高达92.8%，吸附行为符合Langmuir模型，为环保型缓蚀剂开发提供新思路。

　　

金属腐蚀如同"无声的瘟疫"，每年造成全球经济损失高达数万亿美元。在工业酸洗和化学清洗领域，盐酸(HCl)溶液对低碳钢(mild steel, MS)的腐蚀尤为严重。传统缓蚀剂虽有效但多含毒性成分，而植物提取物作为绿色替代品的研究多集中于叶片成分，对果实活性成分的探索存在空白。沙枣(Elaeagnus angustifolia)作为亚洲特色药用植物，其果实富含黄酮类、单宁等活性成分，但尚未有研究系统评估其缓蚀性能与作用机制。

研究人员采用水提法制备沙枣果实提取物，通过多尺度方法评估其在1 M HCl中对MS的防护效果。重量法测定腐蚀速率，电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)分析界面电荷转移电阻，动电位极化(Potentiodynamic Polarization, PDP)区分缓蚀剂类型，扫描电镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)观察表面形貌，并结合密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)计算分子吸附特性。

Extraction of Elaeagnus Angustifolia fruit
采用水浸提法获得提取物，质量浓度梯度设置为25-100 mg/L，为后续实验提供标准化样品。

Gravimetric measurement
重量法显示空白组腐蚀速率为0.034 mg/cm²·h，100 mg/L处理组降至0.006 mg/cm²·h，缓蚀效率达82.4%，证实提取物能显著延缓金属溶解。

Electrochemical studies
EIS测试中电荷转移电阻(R_ct)随浓度增加而上升，100 mg/L时缓蚀效率92.8%；PDP曲线表明提取物同时抑制阴阳极反应，属混合型缓蚀剂，最大效率86.9%。

Adsorption isotherm
吸附数据符合Langmuir模型(R²>0.99)，说明提取物分子通过单层化学吸附覆盖金属表面，吸附自由能ΔG_ads为-37.5 kJ/mol，提示自发进行的强相互作用。

Surface characterization
SEM图像显示空白组表面存在严重点蚀和裂纹，而处理组表面平整，证实吸附膜能有效隔离腐蚀介质。

DFT calculations
量子化学计算揭示提取物主要活性成分（如槲皮素）的吸附特性：最高占据分子轨道(HOMO)集中在苯环和羟基，最低未占轨道(LUMO)位于羰基，通过给电子基团与金属空轨道形成配位键。

该研究首次系统论证沙枣果实提取物的缓蚀性能，其效率优于多数报道的植物叶片提取物。DFT计算与实验结果的相互验证，为绿色缓蚀剂的分子设计提供理论依据。成果发表于《Journal of Molecular Liquids》，对发展可持续防腐技术具有重要指导价值，特别适用于需要环保解决方案的食品加工设备和饮用水系统。研究局限性在于未完全鉴定提取物所有活性成分，未来可通过HPLC-MS进一步明确关键物质基础。