甲醇提取菱叶田菁叶提取物对低碳钢的腐蚀防护机制：实验与理论研究

本研究针对传统腐蚀抑制剂毒性高、环境危害大的问题，以天然植物菱叶田菁（Triumfetta rhomboidea）叶提取物（TRLE）为研究对象，通过失重法、电化学测试（PDP/EIS）、SEM-EDX及理论计算（DFT/MD）证实其作为绿色缓蚀剂对1 mol/L HCl中低碳钢（MS）的防护效率达79.19%，揭示了其通过物理吸附形成保护膜的混合型抑制机制，为开发环保型工业缓蚀剂提供了新思路。

　　

金属腐蚀是材料在环境中因化学反应导致的结构退化问题，尤其工业酸洗过程中使用的无机和合成有机缓蚀剂存在毒性大、成本高、环境不友好等弊端。菱叶田菁（Triumfetta rhomboidea）作为一种传统药用植物，其叶提取物（TRLE）被报道具有抗氧化、抗肿瘤等生物活性，但作为绿色缓蚀剂的分子机制尚不明确。为此，来自国内的研究团队通过多学科交叉方法系统研究了甲醇提取TRLE对1 mol/L HCl中低碳钢（MS）的防护机制，相关成果发表于《Sustainable Chemistry for the Environment》。

研究采用失重法、动电位极化（PDP）、电化学阻抗谱（EIS）等实验技术，结合气相色谱-质谱（GC-MS）成分鉴定和理论计算（密度泛函理论DFT/分子动力学MD），首次揭示了TRLE中十八烷酸（OCDA）和9-十八碳烯酸（9-OCDEA）的关键作用。

3.1 失重研究
浓度效应显示TRLE在1.0 g/L时抑制效率达79.19%，且符合Langmuir吸附等温线模型。温度升高导致吸附平衡常数K_ads下降（15.08→13.37 mol/L），证实其物理吸附特性。热力学参数ΔG_ads^o（-16.67至-18.02 kJ/mol）和E_a（64.79–70.76 kJ/mol）表明该过程为自发、放热的单分子层吸附。

3.2 电化学分析
PDP曲线显示E_corr偏移11.46 mV，证实TRLE为混合型抑制剂。EIS数据中电荷转移电阻R_ct从48.05 Ω·cm²（空白）提升至192.85 Ω·cm²（1.0 g/L），双电层电容C_dl降低36.5%，说明TRLE通过形成致密吸附膜阻碍电荷转移。

3.5 GC-MS与理论计算
水相分离组分中鉴定出OCDA（24.51%）和9-OCDEA（21.86%）为主要活性成分。DFT计算显示9-OCDEA具有更低能隙ΔE（6.72 vs 7.78 eV）和更高ΔN（0.59 vs 0.44），其羧基和π键为关键吸附位点。MD模拟证实两者以平行构型吸附于Fe(110)晶面，结合能达-345.61 kcal/mol（9-OCDEA）。

该研究不仅阐明了TRLE通过物理吸附抑制MS腐蚀的分子机制，还建立了实验数据与量子化学参数的关联模型，为植物源缓蚀剂的理性设计提供了理论依据。特别值得注意的是，相比传统缓蚀剂，TRLE兼具环境友好性和资源可持续性优势，在工业酸洗、油气管道防护等领域具有重要应用前景。未来研究可进一步优化提取工艺，探究其在实际复杂工况下的长期稳定性。