氧化石墨烯-聚天冬氨酸复合材料的原位制备及其对Q235碳钢的绿色缓蚀性能与机理研究

《Surfaces and Interfaces》：In situ fabrication of graphene oxide-polyaspartic acid composite for corrosion inhibition of Q235 carbon steel

本文报道了一种以废弃石墨为原料合成氧化石墨烯(GO)，并通过酯键与绿色缓蚀剂聚天冬氨酸(PASP)复合制备新型缓蚀剂GO-PASP的创新研究。该复合材料在40 mg/L浓度下对碳钢的缓蚀率高达77.78±1.94%，较纯PASP提升约4倍，通过理论计算揭示了其通过功能基团/π-π键形成屏障层及吸附腐蚀离子的协同缓蚀机制，为循环冷却水系统提供了高效绿色缓蚀解决方案，同时实现了废石墨的资源化利用。

　　

亮点

GO-PASP的表征

傅里叶变换红外光谱(FTIR)被视为表征功能基团的有效技术。如图2a所示，检测到GO的典型峰：3255 cm^-1处的谱带归属于O-H伸缩振动，1718 cm^-1处的弱谱带对应C=O伸缩振动，1615 cm^-1处的强谱带属于C=C伸缩，1373 cm^-1处的弱谱带归属于O-H弯曲振动，1053 cm^-1处的中等谱带属于C-O伸缩振动。对于PASP，在3420 cm^-1处观察到N-H伸缩振动，在1640 cm^-1和1540 cm^-1处分别观察到酰胺I带(C=O伸缩)和酰胺II带(N-H弯曲)的特征吸收。GO-PASP的红外光谱同时显示出GO和PASP的特征峰，且在1735 cm^-1处出现新峰，这证实了酯键(C=O)的形成，表明GO与PASP成功通过酯化反应复合。

X射线光电子能谱(XPS)进一步验证了GO-PASP的化学结构。GO的C1s光谱在284.8 eV、286.8 eV和288.6 eV处显示出三个峰，分别对应于C-C/C=C、C-O和C=O键。PASP的C1s光谱在284.8 eV、286.2 eV和288.1 eV处有峰，分别归属于C-C/C=C、C-N和N-C=O键。GO-PASP的C1s光谱中，C-O键的相对强度显著降低，同时在289.0 eV处出现新峰，这对应于酯键(O-C=O)中的碳，再次证明GO与PASP通过酯键连接。

拉曼光谱显示GO在1350 cm^-1和1590 cm^-1处有特征峰，分别对应D带(缺陷结构)和G带(sp²杂化碳)。GO-PASP的D带与G带强度之比(I_D/I_G)从GO的0.96增加到1.05，表明PASP的引入增加了GO片层的缺陷密度。

质子核磁共振(¹H NMR)谱图中，PASP在2.5-3.0 ppm处显示出主链亚甲基质子信号，在4.5-5.0 ppm处显示出α-质子信号。GO-PASP的谱图中保留了这些特征信号，且在4.0-4.5 ppm处出现新信号，这归属于与酯键相邻的亚甲基质子，为酯键形成提供了进一步证据。

结论

本研究以废弃石墨为原料合成GO作为载体负载PASP，获得了新型缓蚀剂GO-PASP，并用于研究其在循环冷却水中的缓蚀性能和机理。首先，通过改良的Hummer法以更温和安全的反应条件从废石墨合成了GO，实现了废石墨的资源化利用。随后，缓蚀性能评价表明，GO-PASP在40 mg/L浓度下对Q235碳钢的缓蚀效率达到77.78±1.94%，显著优于单独使用PASP(18.72±3.26%)。理论计算表明，GO-PASP可通过其丰富的功能基团或与碳钢表面铁原子的π-π键在金属表面形成保护层，同时还能吸附腐蚀性离子，发挥协同缓蚀作用。该研究不仅为循环冷却水系统提供了一种高效绿色缓蚀剂，也为废石墨回收利用提供了潜在策略。