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为解决金属腐蚀带来的经济损失问题，研究人员开展咖啡渣基未掺杂碳量子点（CCDs）及锌氮掺杂碳量子点（Zn,N - CCDs）对 Q235B 钢在 5% HCl 溶液中缓蚀性能的研究，发现 Zn,N - CCDs 缓蚀效率更高，为绿色缓蚀剂开发提供新方向。
金属腐蚀如同无声的 “工业杀手”，每年给全球带来相当于 GDP 3%-5% 的巨额经济损失。在众多防腐蚀手段中，有机缓蚀剂因高效便捷备受青睐，但传统有机缓蚀剂存在毒性高、成本高的问题，开发环保、经济的绿色替代品成为当务之急。碳量子点（CDs）作为一种直径小于 10 nm 的荧光碳纳米材料，具有水溶性好、低毒、环境友好等特性，在缓蚀领域展现出潜力。然而，其合成常依赖石油基前驱体和强腐蚀性试剂，违背绿色化学理念。咖啡渣作为咖啡产业的大宗废弃物，每年全球产量超 600 万吨，其富含纤维素、木质素、氨基酸等有机成分，却常被直接丢弃污染环境。若能将其转化为碳量子点，既能实现废弃物资源化，又能为绿色缓蚀剂开发提供新路径。基于此，南通银河贸易有限公司等国内研究机构的科研人员开展了相关研究，探究咖啡渣基未掺杂碳量子点（CCDs）及锌氮掺杂碳量子点（Zn,N - CCDs）对 Q235B 钢在 5% HCl 溶液中的缓蚀性能，该研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）、zeta 电位、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外 - 可见光谱（UV–vis）和荧光光谱对合成的碳量子点进行表征；运用失重测量、开路电位（OCP）、电化学阻抗谱（EIS）、动电位极化（PDP）、扫描电子显微镜 / 能谱分析（SEM/EDS）及 X 射线光电子能谱（XPS）分析评估其缓蚀性能。
缓蚀性能对比研究
通过失重测量、电化学等多种手段发现，Zn,N - CCDs 缓蚀效率显著优于 CCDs。在 298 K、300 ppm 浓度下，CCDs 缓蚀效率为 90.90%，而 Zn,N - CCDs 在 150 ppm 浓度时缓蚀效率达 94.65%。在 313 K、150 ppm 浓度下，经 72 h 长时间浸泡，Zn,N - CCDs 缓蚀效率高达 98.33%，表明其在酸性酸洗条件下是高效缓蚀剂。
缓蚀机制分析
动电位极化（PDP）分析显示，Zn,N - CCDs 能同时抑制阳极和阴极溶解过程，说明其为混合型缓蚀剂。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和 X 射线光电子能谱（XPS）证实，咖啡渣中含有的杂原子（如氮）促使碳量子点通过化学吸附或物理吸附作用附着在金属表面。表面形貌研究（SEM）表明，相较于 CCDs，Zn,N - CCDs 在金属表面吸附更显著，使金属表面更光滑，形成更致密的防护层。
掺杂改性的优势
锌和氮的掺杂为碳量子点引入更多活性位点，增强了其与金属表面的吸附能力。同时，掺杂改变了碳量子点的电子结构，促进电子转移，有效抑制了导致腐蚀的电化学反应。此外，掺杂后的碳量子点在溶液中溶解性和稳定性更好，使其在恶劣腐蚀环境中仍能保持高效性能。
研究结论表明，咖啡渣基 Zn,N - CCDs 在酸性环境中对 Q235B 钢具有优异的缓蚀性能，为工业酸洗等腐蚀防护场景提供了一种绿色、低成本的解决方案。该研究不仅实现了咖啡渣废弃物的高值化利用，契合循环经济和可持续发展理念，还为开发基于生物质的新型环保缓蚀剂开辟了新方向，有望推动绿色化学在防腐蚀领域的应用，减少传统有毒缓蚀剂的使用，降低环境污染和经济损失。
