基于决明子叶提取物的绿色缓蚀剂在模拟混凝土环境中对钢材的保护机制及表面特性研究

针对钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀导致的耐久性问题，研究人员创新性地采用决明子叶提取物（CF）作为绿色缓蚀剂，通过电化学测试（PDP/EIS）和表面分析（SEM/AFM）证实其在含NaCl模拟混凝土孔隙液（SPS）中最高缓蚀效率达92.4%，电荷转移电阻提升至799 Ω·cm2，为可持续建筑材料开发提供新思路。

　　

钢筋混凝土结构是现代建筑的支柱，但钢筋腐蚀如同"无声的癌症"，每年造成全球数千亿元损失。氯离子（Cl^-）渗透引发的钢筋锈蚀尤为致命，传统合成缓蚀剂虽有效却存在环境毒性。在此背景下，研究人员将目光投向自然界——决明子（Cassia fistula），这种热带地区常见的"黄金雨树"，其落叶常被视为废弃物，却可能蕴藏解决方案。

为验证这一设想，研究人员通过电化学测试和纳米级表面分析，系统评估了决明子叶提取物在模拟混凝土孔隙液（SPS）中的缓蚀性能。研究发现，5%浓度的提取物能形成致密保护膜，使钢材在125小时浸泡后腐蚀速率降低85%，电荷转移电阻（R_ct）提升2.6倍。这项发表于《South African Journal of Chemical Engineering》的研究，为绿色建筑材料的开发开辟了新路径。

研究采用三大关键技术：1）模拟混凝土孔隙液（含0.5 mol/L NaCl）加速腐蚀实验；2）电化学工作站进行极化曲线（PDP）和阻抗谱（EIS）测试；3）扫描电镜（SEM）与原子力显微镜（AFM）联用表征表面形貌。

【3.1 植物成分定性】
通过瓦格纳试剂等检测确认提取物含生物碱、黄酮类等活性成分，其中含氮（N）、氧（O）的官能团能通过配位作用吸附在钢表面。

【3.2 失重实验】
125小时浸泡数据显示，5%浓度组的缓蚀效率达85.21%，证明其长效保护能力。浓度依赖曲线显示2%组效率随时间下降明显，而5%组保持稳定。

【3.3 电化学分析】
Nyquist图谱显示添加抑制剂后容抗弧半径扩大，5%组的R_ct达722 Ω·cm²。Bode图相位角偏离90°表明保护膜存在微观不均一性，这与AFM测得的表面粗糙度从7.34 nm降至5.00 nm相互印证。

【3.4 极化曲线】
塔菲尔斜率分析揭示混合型抑制机制：5%浓度下阴极斜率β_c增至176.4 mV/dec，腐蚀电流密度（I_corr）骤降至4.94 μA，缓蚀效率达92.4%。

【3.5 表面表征】
SEM对比显示：空白组钢材表面布满裂缝，而处理组形成连续保护膜。AFM三维形貌证实抑制剂使表面峰谷差减少31.9%，有效阻隔Cl^-侵蚀。

该研究证实决明子叶提取物通过生物碱-金属配位机制，在钢材表面构建"分子盔甲"。其创新性在于：①首次系统评估该植物在混凝土环境（pH=13.27）的缓蚀性能；②发现5%为最佳浓度阈值；③揭示黄酮类化合物通过π电子吸附增强膜稳定性。相较于传统硝酸钙缓蚀剂，这种生物基材料兼具成本优势（原料为废弃物）和生态安全性，为实现"双碳"目标下的绿色基建提供了新选择。未来研究可聚焦实际混凝土中的兼容性测试，以及活性成分的分子修饰进一步提升性能。