基于香草醛修饰丁香酚结构的E24碳钢酸性环境缓蚀剂的计算机模拟与实验验证

针对E24碳钢在1.0 M HCl溶液中的严重腐蚀问题，研究人员开发了三种新型丁香酚衍生物缓蚀剂（EMB、EME、MPP）。实验表明，MPP在298 K下抑制效率达89.51%，电化学测试证实其混合型抑制行为，DFT/DFTB计算揭示了分子吸附机制。该研究为工业酸性环境提供了高效、环保的缓蚀解决方案。

　　

在工业领域，碳钢因其优异的机械性能和低成本被广泛应用，但其在酸性环境中的腐蚀问题始终是制约发展的瓶颈。盐酸（HCl）、硫酸（H₂
SO₄
）等强酸介质在酸洗、油井酸化等工艺中的使用，会加速钢材降解，造成巨大经济损失。虽然有机缓蚀剂能通过吸附成膜减缓腐蚀，但开发高效、环保的新型抑制剂仍是挑战。

为此，研究人员以天然丁香酚为原料，设计合成了三种香草醛修饰的衍生物EMB、EME和MPP，系统评估其对E24碳钢在1 M HCl中的保护效果。通过电化学阻抗谱（EIS）、动电位极化（PDP）等实验结合密度泛函理论（DFT）计算，发现MPP在10^?3
mol/L浓度下抑制效率最高（89.51%），其通过Langmuir吸附模型形成混合型保护膜。扫描电镜（SEM-EDS）证实表面腐蚀产物减少，理论计算揭示分子中杂原子与铁原子的强相互作用是高效保护的关键。该成果发表于《Journal of Molecular Liquids》，为绿色缓蚀剂开发提供了新思路。

关键技术包括：1）电化学测试（EIS/PDP）；2）表面形貌分析（SEM-EDS）；3）量子化学计算（DFT/DFTB）；4）吸附等温线拟合。

【材料与电解质】
使用直径11.25 mm的E24碳钢电极，经多级砂纸抛光后暴露1 cm²
工作面，在1 M HCl中测试。

【DFT计算结果】
MPP的最高占据分子轨道（HOMO）能级最高（-5.12 eV），表明其最易提供电子与铁表面形成配位键，与实验效率排序一致。

【结论】
1）三种抑制剂均符合Langmuir吸附模型，MPP表现最优；
2）电化学数据显示腐蚀电流密度降低超80%；
3）理论计算证实分子中O/N原子为活性吸附位点；
4）该研究为天然产物衍生缓蚀剂的工业化应用奠定基础。

这项研究通过多尺度方法揭示了丁香酚衍生物的缓蚀机制，其高达89%的效率及温度稳定性（298–328 K）展现出显著工程价值，为解决酸性环境材料防护提供了兼具效能与可持续性的解决方案。