Croton植物提取物作为环保型缓蚀剂的实验与理论研究：针对低碳钢在1.0 M HCl中的腐蚀抑制机制

为解决传统缓蚀剂的环境毒性问题，研究人员以Croton属植物提取物为研究对象，通过电化学测试（PP/EIS）、HPLC-MS和SEM等技术，发现Croton bogotanus提取物在100 ppm浓度下缓蚀效率达67.5%，其富含的槲皮素和异鼠李素通过物理吸附形成保护层。该研究为工业腐蚀防护提供了可持续解决方案。

　　

在工业生产和基础设施建设中，金属腐蚀每年造成高达数万亿美元的经济损失，而传统缓蚀剂常含有铬、铅等有毒物质，面临日益严格的环保法规限制。如何开发高效且环境友好的缓蚀剂成为材料科学领域的重要挑战。植物提取物因其可再生性和生物降解性备受关注，其中富含多酚和黄酮类化合物的物种尤其具有潜力。然而，大戟科Croton属植物虽已知含有丰富的生物活性成分，其缓蚀性能却从未被系统研究过。

针对这一空白，来自哥伦比亚昆迪纳马卡省南部、中部和北部地区的研究团队开展了一项创新性工作。他们选取当地特有的Croton bogotanus和Croton funckianus等物种，通过超声辅助乙醇提取获得植物粗提物，并首次将其应用于低碳钢在1.0 M HCl酸性介质中的腐蚀防护研究。这项发表在《Results in Chemistry》的工作，不仅揭示了Croton提取物的缓蚀机制，更为绿色缓蚀剂的开发提供了新思路。

研究人员采用多学科交叉的研究策略，主要运用了以下关键技术：通过高效液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)鉴定提取物中的主要活性成分；采用电化学工作站进行动电位极化(PP)和电化学阻抗谱(EIS)测试评估缓蚀效率；结合扫描电子显微镜(SEM)观察金属表面形貌变化；利用密度泛函理论(DFT)计算关键化合物的电子结构参数。所有实验均在291.15-293.15 K温度范围内进行，采用X70低碳钢作为工作电极，腐蚀介质为乙腈-水(7:3)混合溶剂配制的1.0 M HCl溶液。

研究结果部分呈现了系统的发现：

3.1. Croton提取物表征
HPLC-MS分析鉴定出槲皮素(m/z 302.3)、异鼠李素(m/z 316.3)和5-羟基-7-甲氧基黄酮(m/z 268.3)三种主要黄酮类化合物。FT-IR光谱显示所有提取物均含有羟基(3335-3337 cm^-1)、羰基(1650-1680 cm^-1)等关键官能团。值得注意的是，Croton-5提取物表现出最高的总酚含量(261.6 mg GAE/g)和抗氧化活性(IC₅₀ 5.87 μg/mL)，这与其后续展现的最佳缓蚀性能高度相关。

3.3. 动电位极化测量
在100 ppm浓度下，Croton-5提取物使腐蚀电流密度从0.776 mA/cm²降至0.252 mA/cm²，缓蚀效率达67.5%。阴极和阳极极化曲线的平行移动表明该提取物属于混合型缓蚀剂，既能抑制氢析出反应，又能阻碍金属溶解过程。

3.4. 电化学阻抗谱
Nyquist图显示，随着提取物浓度增加，电荷转移电阻(R_p)从31 Ω·cm²(空白)增至54.02 Ω·cm²(100 ppm)，同时双电层电容(C_dl)显著降低，证实提取物分子取代了金属表面的水分子形成保护膜。

3.7. 吸附等温线
Freundlich等温线模型拟合最佳，吸附自由能(ΔG_ads)为-19.79至-23.09 kJ/mol，表明缓蚀作用主要通过物理吸附实现。分子中的π电子和孤对电子与金属表面空轨道相互作用，形成可逆的保护层。

3.8. 扫描电镜分析
SEM图像定量纹理分析显示，经50 ppm Croton-5处理的样品角二阶矩(ASM)值提高，熵值降低，表明表面形成更均匀有序的保护层。这种微观结构的改变与电化学测试结果相互印证。

3.9. DFT计算
理论计算揭示异鼠李素具有最优的缓蚀分子特征：最高HOMO能级(-5.78 eV)、最大电子转移分数(0.834)和最小LUMO-HOMO能隙(3.65 eV)，这些参数与其作为电子供体的能力直接相关。

这项研究的重要意义在于：首次系统评估了Croton属植物提取物的缓蚀性能，建立了"植物化学组成-抗氧化活性-缓蚀效率"的关联模型。研究证实，无需复杂纯化步骤，富含黄酮的植物粗提物即可实现显著的腐蚀防护效果，这为降低工业缓蚀剂成本提供了实践路径。特别是Croton bogotanus提取物展现的67.5%缓蚀效率，已达到可实用化水平，且完全符合绿色化学原则。该工作不仅为天然产物在材料保护领域的应用开辟了新方向，其采用的"提取-表征-评估-模拟"研究范式也为后续植物源缓蚀剂的开发提供了方法论参考。

值得注意的是，研究人员特别指出Croton提取物的缓蚀性能会随时间延长而衰减，这提示在实际应用中可能需要设计缓释载体或复配体系。未来研究可进一步优化提取工艺，聚焦特定活性成分的结构修饰，以期获得更持久高效的绿色缓蚀剂。随着环保法规的日益严格，这类源自自然、回归自然的新型材料保护策略，将在可持续发展战略中扮演越来越重要的角色。