废弃甘草叶提取物与碘化钾协同抑制铜在0.5 M H2SO4中的腐蚀：分子协同效应与长效防护机制

针对铜合金在酸性环境中易腐蚀的问题，研究人员创新性地利用废弃甘草叶提取物(LE)与KI复配，开发出高效环保型缓蚀剂。通过电化学测试、表面表征和理论计算证实，该复合缓蚀剂通过形成Cu+-LE配合物和CuI保护膜，实现99.3%的144小时长效缓蚀效率，为工业防腐提供了可持续解决方案。

　　

铜及其合金因优异的导电导热性广泛应用于工业领域，但在酸性环境中易发生严重腐蚀。传统无机缓蚀剂存在环境污染问题，而植物源缓蚀剂虽环保却普遍存在长效性不足的缺陷。甘草作为亚洲重要经济作物，其根部常用于医药和食品，而叶片常被废弃。近期研究发现甘草叶富含甘草酸(glycyrrhizic acid)和光甘草定(glabridin)等活性成分，这些含有羧基和羟基的化合物可能通过配位键吸附在金属表面形成保护膜。

为解决植物源缓蚀剂长效性差的问题，中国的研究团队创新性地将废弃甘草叶通过索氏提取法制备甘草叶提取物(LE)，并与KI复配用于0.5 mol/L H₂SO₄溶液中铜的防腐研究。通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)确认LE主要活性成分；采用电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化曲线(PDP)和扫描振动电极技术(SVET)评估缓蚀性能；结合原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段分析表面膜特性；运用密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)模拟揭示分子协同机制。相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上。

3.1 主要活性成分鉴定
LC-MS和FTIR分析证实LE中甘草酸(m/z=792.59)和光甘草定(m/z=340.26)为主要成分，其特征吸收峰与标准品一致。FTIR显示3402 cm^-1处O-H键伸缩振动、1653 cm^-1处羰基振动等特征官能团，为后续吸附机制研究奠定基础。

3.2 缓蚀性能评估
电化学测试显示200 mg/L LE单独使用时缓蚀效率达88.9%，与60 mg/L KI复配后提升至95.3%。SVET实时监测显示，复合缓蚀剂可在24小时内修复腐蚀坑。PDP曲线负移表明其属阴极型缓蚀剂，主要通过抑制氧还原反应起作用。

3.3 长效缓蚀监测
144小时实时EIS测试表明，100 mg/L LE+KI的缓蚀效率从初始93.1%提升至99.3%。AFM显示表面粗糙度从初始11 nm增至200.5 nm，证实保护膜随时间延展形成。水接触角(WCA)测试表明膜层具有良好疏水性，XPS检测到Cu⁺-抑制剂配合物及CuI的特征峰。

3.4 理论计算分析
DFT计算显示甘草酸的能隙(ΔE=2.80 eV)小于光甘草定(3.20 eV)，结合能更高(586.6 vs 356.2 kJ/mol)，说明其主导缓蚀作用。MD模拟发现当两者比例达1:10时，H₃O⁺扩散系数降低至3.92×10^-12 m²/s，证实分子协同可显著阻碍腐蚀介质传输。

3.5 缓蚀机制解析
复合缓蚀剂通过三重作用实现长效防护：(1)I^-优先吸附形成负电荷层，促进质子化LE的静电吸附；(2)Cu⁺与LE活性组分形成配合物；(3)Cu⁺与I^-生成不溶性CuI，共同构建致密复合膜。

该研究首次系统揭示了甘草叶提取物中甘草酸与光甘草定的分子协同效应，开发出效率超过99%的可持续缓蚀剂。相比传统植物提取物(如丹参提取物92.8%)，其144小时长效性提升显著。通过"废物高值化利用"策略，不仅解决了工业防腐的环保难题，还为天然产物分子设计提供了理论依据，具有重要的工业应用价值和科学意义。