两种新型咪唑衍生物的合成表征及其在1 M HCl环境中对低碳钢腐蚀抑制的电化学研究：DFT计算与MC模拟

针对酸性环境中低碳钢腐蚀的工业难题，研究人员设计合成了两种新型咪唑衍生物ES1和ES2，通过FT-IR/NMR表征结构，结合电化学测试（PDP/EIS）、表面分析（SEM/EDS）及理论计算（DFT/MC），证实其抑制效率高达97-98%（10-3 M），揭示了化学吸附主导的混合抑制机制，为绿色高效缓蚀剂开发提供新策略。

　　

金属腐蚀是工业领域长期存在的顽疾，尤其在石油化工、水处理等涉及酸性环境的产业中，低碳钢的腐蚀直接威胁设备寿命与生产安全。传统缓蚀剂如铬酸盐虽有效但毒性大，而植物提取物类"绿色"抑制剂又面临稳定性差、效率低的困境。在此背景下，咪唑类化合物因其独特的氮杂环结构和环境友好特性成为研究热点，但如何通过分子设计进一步提升其性能仍是挑战。

Princess Nourah bint Abdulrahman University的研究团队El-houssaine Safir等人通过理性设计，在咪唑骨架引入羟基（ES1）和二甲氨基（ES2）功能团，合成两种新型衍生物。研究采用三步法：先通过缩合反应制备化合物并利用FT-IR和¹H/¹³C NMR验证结构；再通过电化学工作站进行动电位极化（PDP）和电化学阻抗（EIS）测试；最后结合扫描电镜（SEM）和理论计算（DFT/Monte Carlo）解析作用机制。

合成抑制剂
通过缩合2-肼基-4,4-二苯基-1H-咪唑-5(4H)-酮与不同醛类，成功获得ES1（含OH）和ES2（含N(CH₃)₂），产率均超过85%。

开路电位分析
OCP曲线显示，添加抑制剂后体系在30分钟内达到稳定，ES2的电位偏移更显著，预示其更强的吸附倾向。

吸附等温线与热力学计算
数据符合Langmuir模型，ΔG°_ads分别为-41.2 kJ/mol（ES1）和-43.5 kJ/mol（ES2），证实化学吸附主导过程。

DFT计算
ES2的HOMO-LUMO能隙（ΔE=3.12 eV）小于ES1（3.45 eV），且偶极矩更高（6.78 Debye vs 5.21 Debye），说明其更易与金属表面发生电子转移。

吸附机制
MC模拟显示ES2通过N、O原子与Fe(110)面形成配位键，同时苯环的π电子与金属d轨道发生反馈键，形成致密保护膜。

对比研究
与近年文献报道的12种咪唑类抑制剂相比，ES2在相同浓度下效率排名前3，且热稳定性优于90%的对比化合物。

这项发表于《Journal of Molecular Structure》的研究证实，分子中引入强给电子基团（如二甲氨基）可显著提升缓蚀性能。ES2的卓越表现（98%抑制率）源于其多重作用机制：既通过氮/氧原子化学吸附，又借助大π体系物理覆盖，且高温下仍保持稳定。该工作不仅为工业缓蚀剂开发提供了新分子模板，其"结构-性能"关系的理论解析方法对功能材料设计具有普适性参考价值。特别值得注意的是，研究者建立的DFT-MC联合预测模型，可大幅降低新型抑制剂开发的试错成本，这对推动绿色化工技术的发展具有重要意义。