关于(E)-2-(2-羟基苯亚基)肼-1-羧酰胺作为缓蚀剂的电化学、表面科学、密度泛函理论（DFT）以及原子分子电子传输（ADMET）研究洞察

《RSC Advances》：Electrochemical, surface, DFT, and ADMET insights into ( E)-2-(2-hydroxybenzylidene)hydrazine-1-carboxamide as a corrosion inhibitor

1. (E)-2-((2-羟基苯甲基亚胺基)代)草酰亚胺-1-羧酰胺（HBHC）被研究为新型环保有机腐蚀抑制剂，在1M HCl中对A179低碳钢表现出优异抑制性能（极化法94.5%，阻抗法93.3%），形成稳定保护膜，其作用机制涉及混合吸附（Langmuir模型）和电子转移（DFT计算显示低HOMO-LUMO能隙及强供体-受体相互作用），长期浸泡30天后仍保持97.6%抑制率，表面分析（SEM/EDX）和理论模拟（DFT/MD）均证实其高效且环境友好特性。

　　在这项研究中，科学家们探讨了一种新的有机腐蚀抑制剂——(E)-2-(2-羟基苯基亚甲基)肼-1-甲酰胺（HBHC）在酸性介质中对A179碳钢的保护性能。研究采用了一系列实验方法，包括电化学测量、表面表征、理论计算以及ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性）分析，以全面评估HBHC的腐蚀抑制能力及其在工业应用中的安全性。HBHC表现出优异的抑制性能，达到94.50%的抑制效率，表明其在低浓度下即可显著减少腐蚀现象，且在长期浸泡试验中仍能保持高稳定性，达到97.64%的效率。这一性能使其成为一种具有潜力的环保型抑制剂。

研究团队首先介绍了腐蚀的基本概念和金属材料在腐蚀环境中的反应机制。腐蚀是一种复杂的电化学过程，通常发生在金属与腐蚀性环境的相互作用中。A179碳钢由于其成本低、延展性好、强度高，广泛应用于建筑、汽车制造和石油化学等行业。然而，其在酸性环境中（如用于金属清洁、酸洗和除锈的盐酸）特别容易发生腐蚀。因此，寻找高效且安全的腐蚀抑制剂具有重要的现实意义。有机抑制剂因其成本效益、有效性和可操作性而受到关注，特别是那些含有氮、氧、硫和磷等电负性原子的化合物。此外，这些抑制剂往往包含π电子结构，有助于与金属表面的吸附过程。

HBHC作为一种新型的有机抑制剂，其结构包含多个吸附中心，包括肼基团（–NH–NH–）中的氮原子，这些氮原子具有孤对电子，可与金属表面的d轨道形成配位键；芳香苯基亚甲基环可增强π-电子相互作用；而羟基（–OH）则通过极性增加和氢键形成促进吸附；最后，甲酰胺基团（–CONH?）有助于分子的稳定性并增强保护膜的结合力。这些协同效应使HBHC成为一种高效的腐蚀抑制剂。然而，许多已知的类似抑制剂仍然存在毒性高、环境影响大、抑制效率有限或长期稳定性差等问题。因此，本研究的重点在于探索HBHC在酸性介质中对A179碳钢的抑制性能，并将其与已有研究进行对比，以验证其在实际应用中的可行性。

实验方法涵盖了多个方面，以确保研究的全面性和准确性。首先，HBHC的分子结构通过FTIR（傅里叶变换红外光谱）进行确认，该光谱分析显示了其分子中存在的关键官能团，如羟基、肼基团、芳香环、羰基和氰基等。随后，A179碳钢样品在酸性介质中进行了浸泡处理，以评估HBHC的抑制性能。在电化学测量方面，研究采用了电位动态极化（PP）和电化学阻抗谱（EIS）等技术，以定量分析其对金属腐蚀的抑制效果。此外，长期浸泡实验和表面表征技术（如扫描电子显微镜（SEM）和能量色散X射线光谱（EDX））进一步验证了HBHC在酸性条件下的稳定性及形成的保护层。理论计算则包括密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟，以研究HBHC在金属表面的吸附机制及其稳定性。ADMET分析则评估了HBHC及其质子化形式的生物可利用性和毒性，以确保其在工业应用中的环境友好性。

实验结果显示，HBHC在200 ppm浓度下对A179碳钢的腐蚀抑制效率达到94.50%（通过PP测量）和93.33%（通过EIS测量），表明其具有较高的抑制能力。在长期浸泡实验中，HBHC在30天后仍能保持97.64%的抑制效率，说明其形成的保护膜具有良好的稳定性和持久性。这些结果进一步表明，HBHC能够有效阻止腐蚀性物质与金属表面的接触，从而显著降低腐蚀速率。通过SEM图像和EDX分析，研究团队确认了HBHC在金属表面形成了一层均匀的保护膜，并且该膜富含异原子（如氮和氧），进一步增强了其对腐蚀的防护作用。

理论计算提供了对HBHC分子吸附行为和反应机制的深入理解。DFT计算表明，HBHC分子具有较低的HOMO–LUMO能量间隙（ΔE），这表明其具有较高的反应活性，并能与Fe(110)表面形成强的供体-受体相互作用。此外，分子动力学模拟进一步验证了HBHC在金属表面的吸附稳定性，表明其能够有效结合并保持结构完整性。在蒙特卡洛（MC）模拟中，研究团队评估了HBHC在金属表面的吸附行为，结果显示其在不同浓度下均能形成稳定的吸附层，进一步支持了其作为高效抑制剂的潜力。

此外，研究还分析了HBHC在不同pH条件下的质子化行为。通过MarvinSketch软件的计算，HBHC在低pH条件下主要以中性和质子化形式存在，其质子化形式表现出更强的电负性，有助于在酸性环境中与金属表面的电荷相互作用。质子化后的HBHC不仅提高了其与金属表面的结合能力，还增强了其在酸性条件下的溶解度，从而提升了其吸附效率。这些结果与实验观察一致，表明HBHC在酸性环境中的吸附机制主要依赖于其质子化形式与金属表面之间的电荷相互作用。

为了进一步了解HBHC在金属表面的吸附特性，研究团队采用了不同的吸附等温模型，如Langmuir、Freundlich、Temkin和Frumkin等。结果表明，HBHC的吸附行为更符合Langmuir等温线，这表明其在金属表面形成单层吸附结构，且吸附过程具有一定的自发性。吸附自由能的计算进一步确认了这一结论，其值为-36.483 kJ mol?1，表明HBHC在金属表面的吸附过程是自发进行的，并且主要通过化学吸附和物理吸附两种机制实现。这表明HBHC能够通过多种方式与金属表面相互作用，从而形成稳定的保护层。

在ADMET分析中，研究团队使用ADMETlab 2.0工具预测了HBHC及其质子化形式的生物可利用性和毒性。结果表明，HBHC具有较低的毒性，且其生物可利用性良好，符合工业应用的安全标准。此外，其水溶性较高，化学稳定性强，且生物富集性较低，这些特性使其在环境友好性方面具有显著优势。特别是在工业应用中，如果需要将抑制剂排放到水系统，HBHC的质子化形式则表现出更低的水生毒性，使其成为更加环保的选择。

与其他文献中报道的类似抑制剂相比，HBHC在抑制效率和稳定性方面表现出竞争力。例如，它在某些实验条件下表现出与已知的肼类抑制剂相似或更优的性能，同时在长期浸泡测试中保持了较高的保护效率。这些结果表明，HBHC不仅在抑制效率上具有优势，而且在实际应用中表现出良好的持久性和环境适应性。

研究的结论指出，HBHC在酸性介质中对A179碳钢具有显著的抗腐蚀性能。其高效、稳定且环境友好的特性使其成为一种有潜力的新型有机抑制剂。在工业应用中，HBHC可用于保护碳钢管道和设备，特别是在石油和天然气行业，以及化学处理系统中。此外，其ADMET分析表明，HBHC具有较低的毒性，适合在需要考虑工作安全和环境影响的场景中使用。

本研究的创新点在于综合运用多种实验和理论方法，从分子结构、吸附行为、电化学性能、表面表征和环境影响等多个角度全面评估了HBHC的腐蚀抑制能力。这种多维度的分析方法不仅加深了对HBHC抑制机制的理解，还为其在实际工业中的应用提供了科学依据。此外，研究还强调了HBHC在环境保护方面的优势，这为未来开发更加可持续的腐蚀抑制剂提供了方向。

综上所述，HBHC作为一种新型有机抑制剂，其高效、稳定和环境友好的特性使其在酸性腐蚀防护领域具有广阔的应用前景。通过结合实验和理论研究，这项工作不仅揭示了HBHC的分子行为和抑制机制，还为其在实际应用中的推广提供了支持。未来的研究可以进一步探讨HBHC在不同环境条件下的性能，以及其在实际工业系统中的应用潜力。