欧芹提取物作为在1 M HCl环境中的绿色铝腐蚀抑制剂

《Results in Chemistry》：Parsley extract as a green corrosion inhibitor for aluminum in 1?M HCl environment

本研究以欧芹提取物为腐蚀抑制剂，采用质量损失法、电化学阻抗和动电位极化技术，在1M HCl环境中系统评估其对铝腐蚀的抑制效果。结果表明，120 ppm浓度下抑制效率达90.2%，且存在Langmuir吸附特性，热力学参数显示自发物理吸附主导。SEM、AFM和FT-IR证实形成了致密保护层，量子化学计算揭示了苯醌类成分的电子转移机制。

　　铝作为一种广泛应用的金属，其在基础设施建设、交通运输、航空航天等多个工业领域中发挥着重要作用。然而，铝在酸性环境中极易发生腐蚀，这不仅会造成巨大的经济损失，还可能对环境和人类健康产生不利影响。因此，开发高效且环保的铝腐蚀抑制剂成为当前研究的热点。本研究探讨了一种植物提取物—— parsley（欧芹）提取物作为铝在1?M HCl（盐酸）溶液中的绿色腐蚀抑制剂，通过多种实验方法评估其抑制效果，并进一步揭示其作用机制。

### 植物提取物作为绿色抑制剂的优势

植物提取物因其低成本、环境友好性和可再生性，被认为是传统腐蚀抑制剂的有效替代品。许多植物提取物在酸性环境中表现出优异的腐蚀抑制性能，如黑桑葚提取物、几内亚胡椒籽提取物、阿尔及利亚鼠尾草提取物、红洋葱皮提取物、椰子椰壳粉提取物、大麻叶提取物等。这些天然提取物通常含有丰富的有机化合物，能够通过物理吸附或化学吸附的方式在金属表面形成保护层，从而减少腐蚀的发生。

然而，传统腐蚀抑制剂存在一定的弊端，例如毒性较强、对环境产生不利影响以及成本较高。因此，研究者们逐渐将目光转向植物提取物，期望找到一种既环保又高效的替代方案。植物提取物不仅能够降低腐蚀速率，还能够通过吸附机制在金属表面形成稳定的保护膜，从而延长金属材料的使用寿命。

### 实验方法与数据收集

为了评估 parsley 提取物对铝在1?M HCl溶液中的腐蚀抑制效果，研究采用了多种实验技术，包括质量损失（ML）法、电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化（PDP）法。这些方法分别从不同角度揭示了提取物对铝腐蚀行为的影响。

质量损失法是一种经典的腐蚀评估方法，通过测量铝样品在酸性溶液中的质量变化来计算腐蚀速率和抑制效率。实验中，铝样品被浸入1?M HCl溶液中，并在不同温度和提取物浓度下进行测试。结果显示，随着 parsley 提取物浓度的增加，铝的腐蚀速率显著降低，抑制效率也随之提高，最高达到90.2%。然而，当温度升高时，抑制效率下降，这表明温度对抑制效果有显著影响。

电化学阻抗谱（EIS）和动电位极化（PDP）提供了更深入的电化学信息。EIS通过测量溶液中铝表面的电化学阻抗，评估了抑制剂对腐蚀过程的阻抗效应。研究发现，随着 parsley 提取物浓度的增加，电荷转移电阻（Rct）显著上升，而双电层电容（Cdl）则下降，这进一步验证了抑制剂在铝表面形成了有效的保护层。

动电位极化曲线（PDP）则揭示了抑制剂对铝腐蚀的电化学机制。实验结果显示，随着 parsley 提取物浓度的增加，腐蚀电流密度（i_corr）下降，抑制效率（%IE）上升。这表明，提取物能够有效阻止铝的溶解过程，并通过吸附作用形成保护膜。此外，PDP曲线还显示，随着提取物浓度的增加，阴极和阳极的Tafel斜率（β_a和β_c）变化不大，进一步说明了提取物的混合型吸附机制。

### 吸附机制与热力学分析

为了深入理解 parsley 提取物在铝表面的吸附行为，研究采用了Langmuir吸附等温线模型。该模型假设吸附位点在能量上是等价的，并且吸附过程是单分子层吸附。实验数据表明， parsley 提取物在铝表面的吸附符合Langmuir模型，其吸附等温线的拟合曲线具有较高的回归系数（R2），说明该模型能够准确描述吸附行为。

此外，通过热力学计算，研究还探讨了吸附过程的自发性和热力学性质。计算得出的吸附平衡常数（K_ads）和标准吸附自由能变化（ΔG°_ads）表明， parsley 提取物在铝表面的吸附过程是自发进行的，并且是一个放热过程。ΔG°_ads的负值进一步支持了这一结论，说明吸附过程在热力学上是有利的。

进一步的热力学分析表明， parsley 提取物的吸附过程受到温度的影响。随着温度的升高，吸附效率下降，这可能是由于高温促进了吸附物的脱附过程，从而降低了其在铝表面的覆盖度。然而，随着提取物浓度的增加，吸附效率提升，表明高浓度的提取物能够更有效地在铝表面形成保护层。

### 表面形态与化学结构分析

为了进一步验证 parsley 提取物在铝表面的吸附行为，研究还采用了扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等表面分析技术。SEM图像显示，未添加抑制剂的铝样品在酸性环境中表面出现严重的腐蚀痕迹，而添加 parsley 提取物的样品则表现出更光滑的表面，表明提取物有效减少了腐蚀的发生。

AFM分析则提供了更精细的表面粗糙度数据。研究发现，未添加抑制剂的铝样品在1?M HCl溶液中表现出较高的表面粗糙度，而添加 parsley 提取物后，粗糙度显著降低。这表明，提取物在铝表面形成了均匀的保护层，从而降低了腐蚀的速率。

FT-IR光谱分析则用于确认 parsley 提取物在铝表面的吸附情况。通过比较纯提取物和铝表面吸附层的红外光谱，研究发现两者具有相似的特征峰，表明提取物确实吸附在铝表面。此外，FT-IR光谱还揭示了吸附过程中可能发生的化学键合，为吸附机制提供了进一步的证据。

### 理论计算与量子化学分析

为了更深入地理解 parsley 提取物的吸附行为及其对铝腐蚀的影响，研究还采用了密度泛函理论（DFT）进行量子化学计算。DFT计算揭示了提取物分子的电子结构特征，包括最高占据分子轨道（HOMO）能量、最低未占据分子轨道（LUMO）能量、电子亲和力（A）、电离能（I）以及电负性（χ）等参数。

HOMO能量和LUMO能量的差值（ΔE）反映了分子的电子传递能力。研究发现， parsley 提取物中的主要成分（如apiol、myristicin和Phellandrene）具有较高的ΔE值，表明它们能够有效地将电子传递给铝表面，从而形成稳定的吸附层。此外，电负性（χ）和全球硬度（h）等参数进一步说明了这些分子在铝表面的吸附能力。

分子静电势（MEP）图则提供了关于分子表面电荷分布的信息。MEP图显示， parsley 提取物中的分子具有明显的电子供体区域和电子受体区域，这有助于其在铝表面形成稳定的吸附层。此外，MEP图还揭示了分子中可能存在的氢键、亲电和亲核作用位点，为吸附机制提供了理论支持。

### 抑制机制与表面覆盖分析

通过实验数据和理论计算，研究提出了 parsley 提取物对铝腐蚀的抑制机制。首先，提取物通过物理吸附在铝表面形成保护层，减少腐蚀性物质与金属表面的接触。其次，提取物中的某些成分可能通过化学吸附与铝表面发生电子转移，形成更稳定的吸附层。

实验还发现， parsley 提取物的吸附过程主要遵循Langmuir等温线模型，表明其在铝表面的吸附是单分子层吸附。此外，吸附过程的热力学参数（如ΔG°_ads）表明，该吸附过程是自发进行的，并且具有一定的稳定性。这进一步说明了 parsley 提取物在铝表面的吸附行为具有良好的热力学可行性。

通过SEM、AFM和FT-IR等表面分析技术，研究还发现， parsley 提取物在铝表面形成了均匀且稳定的保护层。这不仅减少了腐蚀性物质的接触，还提高了铝表面的耐腐蚀性。此外，表面粗糙度的降低进一步支持了吸附层的形成，表明提取物能够有效抑制铝的腐蚀。

### 结论与展望

综上所述， parsley 提取物在1?M HCl溶液中表现出良好的腐蚀抑制性能。实验数据表明，其在120?ppm浓度下能够达到90.2%的抑制效率，且随着浓度的增加，抑制效果逐渐增强。然而，随着温度的升高，抑制效率有所下降，这可能是由于高温促进了吸附物的脱附过程。

研究还发现， parsley 提取物在铝表面的吸附过程符合Langmuir等温线模型，并且是一个自发的、放热的吸附过程。这表明，提取物能够有效在铝表面形成保护层，从而降低腐蚀速率。此外，通过表面分析技术，研究进一步确认了吸附层的存在，并揭示了其对铝表面形态的影响。

未来的研究可以进一步探讨 parsley 提取物在不同浓度和温度下的吸附行为，以及其在其他金属和合金中的应用潜力。此外，还可以通过优化提取工艺和添加剂，提高其抑制效果，使其在工业应用中更具竞争力。