"基于实验与第一性原理计算的皂角提取物作为Q235钢环保型酸蚀抑制剂的协同评价"

本研究针对Q235钢在酸性环境中的腐蚀问题，创新性地将皂角（Gleditsiae Sinensis Fructus）提取物作为环保型抑制剂，通过电化学测试、表面分析和第一性原理计算（DFT）揭示其抑制效率高达99.3%（100 mg/L），显著优于文献报道的其他植物提取物抑制剂。研究首次阐明O/C-Fe原子相互作用吸附机制，为绿色抑制剂研发提供理论支撑与实践范例。

　　

金属腐蚀一直是工业领域的隐形杀手，尤其在酸性环境中，Q235钢等碳钢材料会迅速被侵蚀，造成巨大的经济损失和安全隐患。虽然传统的缓蚀剂能有效延缓腐蚀，但大多含有有毒物质，对环境不友好。随着绿色化学理念的普及，植物提取物因其可再生、低毒性和可降解性成为研究热点。然而，现有植物源抑制剂普遍存在效率低、作用机制不明确等问题，严重制约其工业化应用。

针对这一挑战，安徽工程大学的研究团队将目光投向了一种传统中药材——皂角（Gleditsiae Sinensis Fructus）。这种广泛分布于中亚的豆科植物富含皂苷、黄酮和多糖等活性成分，其分子结构中的杂原子和共轭体系理论上能与金属表面形成保护层。研究人员通过实验与理论计算的深度融合，系统评估了皂角提取物在1 M HCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能，相关成果发表在《Journal of Molecular Liquids》上。

研究采用电化学阻抗谱（EIS）、极化曲线等电化学方法结合扫描电子显微镜（SEM）等表面分析技术，同时创新性地引入基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算，突破了传统分子动力学（MD）模拟仅能描述原子运动的局限，从电子层面解析吸附机制。

皂角提取与成分分析
通过乙醇萃取获得浓缩提取物，傅里叶变换红外光谱（FTIR）检测到-OH（3400-3550 cm^?1
）、C=C（1660 cm^?1
）等特征峰，液相色谱-质谱联用（LC-MS）鉴定出4-(己-5-烯氧基)苯甲酸（HBA）和2-苯基色满-4-醇（PCL）等关键成分，这些含氧共轭分子为缓蚀作用提供了结构基础。

电化学性能突破
在100 mg/L浓度下，皂角提取物的缓蚀效率高达99.3%，显著优于文献中多数植物提取物。极化曲线表明其同时抑制阴、阳极反应，属于混合型抑制剂。电化学噪声分析显示腐蚀电流密度降低两个数量级，SEM证实腐蚀坑显著减少。

理论计算揭示吸附本质
DFT计算发现HBA和PCL通过O/C原子与Fe的电子转移形成稳定吸附，吸附能分别为-2.34 eV和-1.98 eV。电子局域函数（ELF）分析显示O-Fe键具有共价特征，而苯环与金属表面存在π-d轨道相互作用，这种多模式吸附构筑了立体防护屏障。

该研究不仅开发出性能卓越的绿色缓蚀剂，更通过实验-计算协同策略为抑制剂设计提供了新范式。皂角提取物的高效性（99.3% IE）和明确的作用机制（O/C-Fe电子相互作用）使其具备工业化应用潜力，同时第一性原理计算的应用为理解分子-金属界面行为提供了原子尺度见解。这项工作推动了腐蚀科学向环境友好型方向发展，也为传统药用植物的高值化利用开辟了新途径。