新型双吡唑化合物在1 M HCl溶液中对低碳钢腐蚀抑制的吸附机制与理论计算研究

针对低碳钢在酸性环境中的腐蚀问题，研究人员合成了一种新型双吡唑化合物1,6-bis(1-(chloromethyl)-5-methyl-1H-pyrazol-3-yl)hexane（Pyr1），通过重量损失分析、动电位极化（PDP）和电化学阻抗谱（EIS）证实其抑制效率高达91.14%（10?3 M），吸附行为符合Langmuir等温模型，结合密度泛函理论（DFT）揭示了分子反应机制，为绿色防腐剂开发提供了实验与理论依据。

　　

在工业领域，低碳钢因其优异的机械性能和成本效益被广泛应用于建筑、汽车制造等领域。然而，其在酸性环境（如1 M HCl）中极易发生腐蚀，导致结构损坏和经济损失。传统防腐剂常含有毒物质，而有机抑制剂如吡唑衍生物因其环境友好性和高效性成为研究热点。然而，现有抑制剂在分子设计机制和实际应用效果间仍存在理论空白。为此，由King Saud University领衔的国际团队在《Polyhedron》发表研究，通过合成新型双吡唑化合物Pyr1，结合实验与理论计算，揭示了其在酸性介质中的高效防腐机制。

研究采用核磁共振（NMR）和质谱表征化合物结构，通过重量损失法、动电位极化（PDP）和电化学阻抗谱（EIS）评估防腐性能，并利用密度泛函理论（DFT）计算分子电子参数。实验表明，Pyr1在10^?3 M浓度下抑制效率达91.14%，吸附过程符合Langmuir模型，ΔG_ads为负值表明自发吸附。DFT分析显示，Pyr1的活性位点（如氮原子和氯甲基）通过电子转移与钢表面形成稳定吸附层。

材料与合成
以THF为溶剂，通过钾盐还原和氯甲基化反应高效合成Pyr1，产率良好，结构经¹H NMR和¹³C NMR验证。

腐蚀抑制性能
EIS显示Pyr1显著增加电荷转移电阻，PDP证实其为混合型抑制剂，同时抑制阴阳极反应。温度实验表明其吸附为放热过程。

理论计算
DFT揭示最高占据分子轨道（HOMO）集中在吡唑环，利于电子供体特性；最低未占分子轨道（LUMO）表明氯甲基参与金属键合。

结论与意义
该研究首次将Pyr1的合成、表征与防腐机制系统结合，证实其通过物理-化学混合吸附形成保护膜。理论计算与实验数据高度吻合，为设计高效环保防腐剂提供了新思路，尤其适用于石油、化工等酸性环境中的金属防护。团队特别感谢King Saud University的经费支持（ORF-RC-2025-0105），并声明无利益冲突。