离子液体在碱性介质中对低碳钢腐蚀抑制的机理研究及其工业应用潜力

本研究针对低碳钢在NaOH碱性环境中的腐蚀问题，通过合成含二甲胺、异丙基氯和咪唑的离子液体(IL)抑制剂，采用热力学、电化学和DFT计算等多学科方法，证实0.7 g/L浓度下抑制效率达88.9%，Rct 从41.2提升至257.5 Ω·cm2 ，SEM显示表面形貌显著改善，为工业碱性环境提供绿色防腐方案。

　　

低碳钢因其成本效益和机械性能广泛应用于工业领域，但在碱性环境中易受腐蚀，导致结构劣化和经济损失。传统有机抑制剂存在毒性问题，而生物基材料又面临稳定性不足的挑战。针对这一难题，研究人员探索了离子液体（IL）作为新型绿色抑制剂的潜力，但其在强碱环境中的作用机制尚不明确。

为填补这一空白，国内研究团队在《Results in Surfaces and Interfaces》发表研究，通过合成二甲胺-异丙基氯-咪唑基IL，系统评估其在1M NaOH中对低碳钢的防腐性能。研究采用热重分析、电化学测试（EIS和PDP）、SEM形貌观察和DFT理论计算等方法，发现该IL通过单层吸附形成保护膜，最大抑制效率达88.9%，电荷转移电阻R_ct
提升6倍。

关键技术方法
研究使用低碳钢样本（成分：Fe 99.15%，C 0.24%），通过微波辅助合成IL抑制剂（7g二甲胺+10g异丙基氯+5g咪唑）。采用热重法监测温度变化计算反应数（RN），电化学工作站测定极化曲线和阻抗谱，SEM观察表面形貌，DFT计算分子轨道能级（HOMO-LUMO间隙4.63 eV）和吸附能（-44.13 kJ/mol）。

研究结果

1. 工艺变量与抑制效率关系：0.7 g/L为最佳浓度，313K时效率最高，延长浸泡时间会导致抑制剂解吸。
2. 活化能与吸附热：E_a
   随浓度增加从47003.88降至28568.8 J/mol，Q_ads
   负值（-90854.1至-44130 J/mol）表明放热吸附过程。
3. 电化学分析：PDP显示IL为混合型抑制剂，0.7 g/L使I_corr
   从185.4降至20.8 μA/cm²
   ；EIS证实R_ct
   提升至257.5 Ω·cm²
   。
4. 表面形貌：SEM显示未处理样品存在明显蚀坑（图4a），而IL处理表面光滑（图4b）。
5. DFT参数：低能隙（ΔE=4.63 eV）和高软度（0.432 eV）表明分子高反应活性。
6. 吸附模型：Langmuir模型拟合最佳（R²
   =0.9953），证实单层吸附机制。

结论与意义
该研究阐明IL通过化学吸附（吸附能-44.13 kJ/mol）在低碳钢表面形成致密保护层，其咪唑环的π电子和杂原子与金属表面产生强相互作用。相比文献报道的咪唑类IL（表5），本研究抑制剂在碱性环境中表现出更优性能。成果为石油管道、化工设备等碱性环境提供了可持续防腐策略，同时为IL分子设计提供了理论依据。未来可进一步优化烷基链长度以增强吸附稳定性。