新型青霉烷酸衍生物CDOT与IDOT在酸性溶液中的腐蚀抑制机理研究：理论与实验的协同探索

针对酸性工业环境中碳钢腐蚀问题，研究人员通过合成两种青霉烷酸衍生物CDOT与IDOT，结合电化学测试（PDP/EIS/EFM）与量子化学计算，证实其抑制效率达95%以上，吸附符合Langmuir模型（ΔGads为-39.2/-37.8 kJ/mol），为绿色高效缓蚀剂设计提供新思路。

　　

金属腐蚀是工业领域长期存在的难题，每年造成全球经济损失高达2.5万亿美元。在石油、航空航天等关键行业中，碳钢因盐酸酸洗工艺导致的腐蚀尤为严重。传统有机缓蚀剂虽有一定效果，但普遍存在合成复杂、环境毒性等问题。为此，来自沙特阿拉伯比沙大学和费萨尔国王大学的研究团队另辟蹊径，从医药领域获得灵感，将青霉素核心结构——β-内酰胺环进行改造，设计出两种新型青霉烷酸衍生物缓蚀剂CDOT和IDOT，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

研究采用多尺度研究方法：通过元素分析、FT-IR和¹H/¹³C NMR完成化合物表征；利用电化学工作站进行极化曲线（PDP）、阻抗谱（EIS）和频率调制（EFM）测试；结合量子化学计算（HOMO-LUMO能级、Fukui函数）和分子动力学模拟揭示吸附机制；采用SEM-EDX进行表面形貌分析。

材料与仪器
研究使用Sigma Aldrich提供的6-氨基青霉烷酸（6-APA）为原料，经酰氯化反应合成目标化合物。电化学测试在1 M HCl体系中进行，碳钢试样成分经EDS确认含98.7% Fe。

化学与物理性质
CDOT（收率86%）和IDOT（收率92%）均为白色粉末，熔点分别为203-205°C和207-209°C。元素分析显示IDOT含7.44% N和12.71% S，证实杂原子成功引入。

FT-IR分析
CDOT在2923 cm^-1处出现甲基C-H伸缩振动峰，1720 cm^-1处羧酸C=O特征峰证实结构正确。IDOT的酰胺I带（1650 cm^-1）与β-内酰胺环（1760 cm^-1）形成双重特征峰。

电化学行为
极化曲线显示CDOT使腐蚀电流密度从1.25 mA/cm²降至0.06 mA/cm²，混合抑制特征明显。EIS图谱拟合得出IDOT在5 mM浓度下电荷转移电阻达980 Ω·cm²，较空白提升20倍。

吸附机理
ΔG_ads负值表明自发吸附，CDOT（-39.2 kJ/mol）略优于IDOT（-37.8 kJ/mol）。分子动力学模拟显示CDOT在Fe(110)面的吸附能达-210 kJ/mol，硫原子与铁形成强配位键。

结论与意义
该研究首次将青霉烷酸骨架应用于腐蚀防护领域，两种化合物在1 M HCl中对碳钢的抑制效率突破95%大关。理论计算揭示其优势源于：①β-内酰胺环的刚性结构增强表面覆盖度；②羧酸与酰胺基团协同吸附；③硫原子与铁的空d轨道形成反馈π键。相较于传统缓蚀剂，这类衍生物兼具医药分子的低毒性和易降解特性，为开发环境友好型工业防护材料开辟了新路径。