环氧树脂衍生有机层在铝合金上的电化学行为及吸附机制：用于提升防腐蚀性能

《Inorganic Chemistry Communications》：Electrochemical behavior and adsorption mechanism of an epoxy-derived organic layer on aluminum alloys for enhanced corrosion protection

TGEHDSEP环氧树脂在3.5% NaCl溶液中对AA2024-T3铝合金表现出显著腐蚀抑制效果，极化电阻增至26336Ω·cm2，抑制率达96.9%。DFT计算证实其通过电子供体-受体作用形成单层吸附（R2≈0.999），SEM显示致密保护膜，抑制机制以物理吸附为主。该研究为航空铝合金腐蚀防护提供了新策略。

　　在现代材料科学与工程领域，腐蚀问题一直是影响金属材料使用寿命和性能的关键因素之一。特别是在航空航天、海洋工程和汽车制造等对材料性能要求极高的行业，如何有效防止金属材料在恶劣环境下的腐蚀，成为研究者们关注的重点。针对这一问题，研究者们不断探索新的防腐蚀策略，其中，使用高效、环保的腐蚀抑制剂是近年来研究的热点。本文聚焦于一种名为TGEHDSEP的新型多取代环氧树脂，探讨其在AA2024-T3铝合金中的防腐蚀性能及其作用机制。

AA2024-T3铝合金因其优异的强度与轻质特性，被广泛应用于航空航天、交通运输等高端领域。然而，这种合金在氯离子浓度较高的环境中，如海水或3.5%的NaCl溶液中，容易发生局部腐蚀，包括点蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等。这些腐蚀现象不仅会削弱材料的结构完整性，还可能引发严重的安全问题。因此，开发高效的防腐蚀技术对于延长这类材料的使用寿命至关重要。

TGEHDSEP作为一种新型的多取代环氧树脂，其独特的分子结构赋予了它出色的防腐蚀能力。该化合物含有环氧基团、磺酰基和醚基等官能团，这些结构特征使其能够在金属表面形成稳定的吸附层，从而有效阻隔腐蚀介质的侵入。此外，TGEHDSEP还具备良好的溶解性，能够与金属表面发生复杂的化学相互作用，进一步增强其防腐蚀效果。研究发现，在10?3 M的浓度下，TGEHDSEP对AA2024-T3铝合金的防腐蚀效率达到了96.9%，这表明其在抑制腐蚀方面具有显著的潜力。

从实验数据来看，TGEHDSEP的防腐蚀性能主要体现在其对腐蚀电流密度的显著降低。在3.5% NaCl溶液中，当加入TGEHDSEP后，腐蚀电流密度从23 μA/cm2大幅下降至0.7 μA/cm2，显示出其对金属表面的强烈保护作用。这种效果的产生与TGEHDSEP的吸附行为密切相关。通过扫描电子显微镜（SEM）分析，研究者观察到TGEHDSEP在金属表面形成了致密的保护膜，这种膜能够有效阻挡氯离子的渗透，减少金属与腐蚀介质之间的直接接触。此外，电化学阻抗谱（EIS）测试结果也表明，TGEHDSEP的加入显著提高了电荷转移电阻，进一步验证了其在防腐蚀方面的有效性。

值得注意的是，TGEHDSEP的防腐蚀效率在高温条件下略有下降，例如在328 K（约55°C）时，其效率降至90%。这一现象可能与吸附机制有关，因为高温通常会促进分子的热运动，从而影响其在金属表面的吸附行为。然而，即使在高温环境下，TGEHDSEP仍然表现出优于传统防腐蚀材料的性能，这表明其具有一定的温度适应性。同时，研究者通过理论计算进一步揭示了TGEHDSEP与金属表面之间的相互作用机制。密度泛函理论（DFT）和ab initio DFT模拟结果显示，TGEHDSEP与金属表面之间存在强烈的供体-受体相互作用，这种相互作用有助于其在金属表面形成稳定的吸附层，从而有效抑制腐蚀反应。

为了更全面地理解TGEHDSEP的防腐蚀行为，研究团队采用了多种实验手段。除了传统的电化学测试方法，如极化曲线（PDP）和电化学阻抗谱（EIS），还结合了表面分析技术，如扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX），以观察金属表面在TGEHDSEP作用下的形貌变化和元素分布情况。这些实验结果不仅揭示了TGEHDSEP在金属表面的吸附行为，还为其在实际应用中的性能提供了有力的证据。此外，研究团队还进行了理论模拟，通过计算TGEHDSEP的电子结构参数，如最高占据分子轨道（HOMO）和最低未占据分子轨道（LUMO）的能量，进一步验证了其作为混合型防腐蚀剂的潜力。

从研究的创新性来看，本文在多个方面取得了突破。首先，TGEHDSEP作为一种三官能团的聚合物，其分子结构与传统防腐蚀剂相比具有显著的差异，这为研究其独特的防腐蚀机制提供了新的视角。其次，研究方法上，本文结合了宏观电化学测试与微观/纳米尺度的理论模拟，这种多尺度的分析方法有助于更深入地理解腐蚀抑制剂的作用机制。此外，本文还构建了一个详尽的数据库，涵盖了吸附机制建模、表面分析和热力学参数的评估，为后续研究提供了宝贵的数据支持。

在实际应用方面，TGEHDSEP的优异性能使其成为下一代防护涂层设计的有力候选者。尤其是在氯化物环境中，这种化合物能够有效延长铝基材料的使用寿命，提高其在极端条件下的耐腐蚀能力。由于其非毒性、易于合成且具有较高的产率，TGEHDSEP在工业应用中具有较高的可行性。此外，其轻质和高强度的特性也使其在航空航天等对材料性能要求较高的领域中具有广泛的应用前景。

为了进一步验证TGEHDSEP的性能，研究者还进行了开路电位（OCP）测试。实验结果显示，随着TGEHDSEP的加入，AA2024-T3合金的自由腐蚀电位迅速下降，并逐渐向更阴极的方向移动，这表明其能够有效抑制金属的自然腐蚀过程。同时，OCP测试还揭示了TGEHDSEP在金属表面形成保护膜的过程，为理解其吸附行为提供了重要的实验依据。

在研究过程中，研究团队还对TGEHDSEP的合成与表征进行了详细探讨。通过化学合成方法，TGEHDSEP被成功制备，并通过多种分析手段进行了结构表征。这些步骤确保了研究的科学性和准确性，同时也为后续的实验测试提供了可靠的材料基础。此外，研究者还对实验条件进行了严格控制，包括金属电极的预处理和溶液的配制，以确保实验结果的可重复性和可靠性。

本文的研究成果不仅对腐蚀防护领域具有重要的理论意义，也为实际工程应用提供了新的解决方案。通过结合实验与理论研究，研究者们揭示了TGEHDSEP在抑制AA2024-T3铝合金腐蚀中的作用机制，并验证了其在多种环境条件下的有效性。这些发现为开发新型高效、环保的防腐蚀材料提供了重要的参考，同时也为相关领域的进一步研究奠定了基础。

总体而言，TGEHDSEP作为一种新型的多取代环氧树脂，展现出了在抑制AA2024-T3铝合金腐蚀方面的巨大潜力。其独特的分子结构、良好的吸附性能以及与金属表面的强相互作用，使其在多种腐蚀环境中均表现出优异的保护效果。未来，随着对TGEHDSEP作用机制的深入研究，以及其在不同材料体系中的应用探索，这种化合物有望在更广泛的领域中发挥重要作用。同时，研究团队在方法论上的创新，也为其他类似材料的防腐蚀研究提供了新的思路和方向。