新型双链苯并咪唑表面活性剂CBC12在1M HCl中对碳钢的缓蚀性能：多尺度实验与模拟研究

针对碳钢在酸性介质中的腐蚀问题，研究人员通过相转移催化法合成新型双链表面活性剂CBC12，结合电化学测试（EIS、Tafel）、表面形貌分析（SEM-EDX）及理论计算（DFT、MC模拟），证实其缓蚀效率达93%（5×10-3 M），吸附符合Langmuir模型，为工业酸洗环境提供了高效缓蚀剂设计策略。

　　

碳钢因其优异的导电性、可加工性和低成本，广泛应用于石油化工、海洋工程等领域，但酸性环境中的腐蚀问题始终是工业界的痛点。尤其在含Cl^-的1 M HCl介质中，碳钢会迅速发生点蚀和均匀腐蚀，传统防护方法如涂层或阴极保护存在成本高、持久性差的局限。有机缓蚀剂虽能通过吸附成膜抑制腐蚀，但多数存在效率低、高温失效等问题。

为解决这一挑战，摩洛哥研究团队设计合成了一种新型双链苯并咪唑表面活性剂CBC12。该化合物通过N-烷基化反应将十二烷基链引入卡苯达唑母核，经IR、¹H/¹³C NMR和质谱确证结构。研究采用电化学极化曲线和阻抗谱（EIS）评估缓蚀性能，结合扫描电镜-能谱（SEM-EDX）观察表面形貌，并运用密度泛函理论（DFT）和蒙特卡洛（MC）模拟揭示分子吸附机制，相关成果发表于《Journal of Molecular Structure》。

关键技术方法

1. 电化学分析：通过Tafel极化曲线判定缓蚀剂类型，EIS测量电荷转移电阻
2. 表面表征：SEM-EDX分析腐蚀产物膜元素组成
3. 理论计算：DFT计算前线分子轨道能级，MC模拟分子在Fe(110)晶面的吸附构型

研究结果

Synthesis of inhibitor
以卡苯达唑为原料，在K_{23存在下与十二烷基溴发生N-烷基化反应，经柱层析纯化获得白色固体CBC12，产率82%。}

Spectral analysis
¹H NMR显示δ 0.85-0.89处双重甲基特征峰，δ 7.15-7.24为苯环质子信号；IR谱中1715 cm^-1的强吸收峰证实酯羰基存在。

Electrochemical behavior
在5×10^-3 M浓度下，EIS显示电荷转移电阻提升6倍，Tafel曲线证实其同时抑制阴阳极反应（混合型抑制剂），80℃时仍保持85%效率。

Adsorption mechanism
ΔG_ads=-38.6 kJ/mol表明自发化学吸附，DFT计算揭示苯环π电子和咪唑N原子为主要活性位点，MC模拟显示分子平行吸附于金属表面形成致密膜。

结论与意义
该研究首次将双链结构引入苯并咪唑缓蚀剂体系，CBC12通过芳环π电子供体和长链烷基的疏水效应协同作用，在碳钢表面形成纳米级保护膜。理论计算与实验结果的相互验证，为理性设计高温酸性环境用缓蚀剂提供了新思路，其93%的缓蚀效率显著优于传统单链抑制剂（通常<80%）。作者Hicham Zgueni等指出，该分子中十二烷基链的"锚定效应"可增强吸附稳定性，而甲基氨基甲酸酯基团则优化了电子云分布，这一发现对开发新一代工业酸洗添加剂具有重要指导价值。