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针对有机缓蚀剂缓蚀机制存在的争议，研究人员以两种新型离子液体（ILs）为模型缓蚀剂，研究其在 0.5 M HCl 中对低碳钢的作用。通过多方法分析，发现 ILs 通过阳极物理化学作用吸附，Cl?介导协同吸附，还引入新量子参数，为缓蚀剂开发提供方向。
在金属腐蚀防护领域，有机缓蚀剂的作用机制一直是研究者关注的焦点。尽管已有大量研究，但关于有机缓蚀剂在金属表面的吸附方式、电子转移规律以及如何精准预测缓蚀性能等问题，学术界仍存在诸多争议。例如，传统理论认为有机缓蚀剂通过向金属空轨道共享或捐赠 π 电子和非键电子形成保护膜，但最新研究发现实际电子转移情况可能更为复杂，甚至存在电子吸收现象。此外，如何利用量子化学参数快速筛选高效缓蚀剂，避免繁琐的实验试错，也是当前亟待解决的关键科学问题。在此背景下，来自相关研究机构的科研团队开展了一项具有创新性的研究，其成果发表在《Applied Surface Science》上，为揭示咪唑类离子液体缓蚀剂的作用机制和开发新型高效缓蚀剂提供了重要依据。
研究人员使用的主要关键技术方法包括：电化学方法（如开路电位测量、阻抗研究）、表面表征技术（傅里叶变换红外光谱 FTIR、X 射线光电子能谱 XPS、场发射扫描电子显微镜 FE-SEM）、热力学计算以及基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算。通过这些方法，系统评估了缓蚀剂的性能并解析其作用机制。
合成与结构验证
研究人员合成了两种新型咪唑类离子液体 [CE1EI] Cl 和 [CE3EI] Cl，利用 1H NMR 和 FTIR 对其化学结构进行了验证，为后续研究提供了结构明确的模型缓蚀剂。
电化学性能与吸附行为
开路电位测量表明，在 0.5 M HCl 溶液中，添加 ILs 后低碳钢的电化学电位变化趋势显示其对阳极腐蚀过程有显著抑制作用。阻抗研究显示，4 mM 的 ILs 可抑制至少 84% 的酸性腐蚀，表明其高效的缓蚀性能。结合吸附等温线分析，证实 ILs 遵循单层吸附模式，主要通过阳极自发的物理化学相互作用吸附在金属表面。
协同吸附机制
实验首次证实了除直接表面结合外，Cl?介导的协同（间接）吸附机制的存在。在 HCl 溶液中，ILs 的阳离子部分与预吸附的 Cl?通过静电作用和氢键形成协同吸附层，增强了缓蚀剂在金属表面的吸附稳定性，这一发现为解释其主要阳极抑制性能提供了直接实验证据。
量子计算与吸附构型
通过量子计算模拟了孤立缓蚀剂分子的电子结构，分析了不同官能团和原子成分在吸附过程中的作用。结果表明，咪唑环上的氮原子、氯原子以及乙氧基链的空间位阻效应共同影响吸附构型的稳定性。前沿轨道的相对位置决定了最低吸附能，揭示了原子级相互作用的细节，为预测最稳定吸附构型提供了理论依据。
新型量子参数的引入
研究提出了一个新的量子参数，该参数综合考虑了缓蚀剂分子在自由态和吸附态的电子特性，如电荷转移量、轨道能级差等。通过与缓蚀效率的相关性分析，证实该参数可作为识别优异缓蚀性能的指标，为高通量筛选新型缓蚀剂提供了便捷的理论工具。
研究结论表明，咪唑类离子液体通过阳极物理化学吸附和 Cl?介导的协同吸附机制，在酸性环境中对低碳钢具有高效的腐蚀抑制作用。较大的氯乙氧基侧链通过空间位阻效应增强了吸附层的致密性，进而提高缓蚀效率。新引入的量子参数为建立缓蚀性能与分子电子结构的定量关系奠定了基础，有望减少传统实验筛选的工作量，加速环境友好型高效缓蚀剂的开发。该研究不仅深化了对离子液体缓蚀机制的理解，还为跨学科领域（如材料化学、计算化学）的交叉研究提供了新范例，对工业防腐领域的实际应用具有重要指导意义。
