基于明胶自组装单分子膜(Gelatin-SAMs)的碳钢绿色缓蚀技术：酸性介质中的理论构建与实践验证

为解决传统有机缓蚀剂毒性大、成本高的问题，研究人员创新性开发了基于明胶的自组装单分子膜(Gelatin-SAMs)技术。通过电化学阻抗谱(EIS)、Tafel极化、原子吸收光谱(AAS)等多方法验证，证实该技术在1.0 M HCl溶液中对碳钢的缓蚀效率超90%，表面粗糙度从36.1 μm改善至24.1 μm，吸附自由能(△G°ads)介于-46至-49 kJ/mol，符合Langmuir模型。该研究为开发可持续金属防护技术提供了新思路。

　　

金属腐蚀如同看不见的"慢性病"，每年吞噬全球GDP的3-4%。在碳中和背景下，开发绿色缓蚀技术成为当务之急。传统有机缓蚀剂虽有效但存在毒性大、成本高等弊端，而生物大分子明胶因其含氮氧杂原子和丰富官能团，展现出独特优势。SRTA-City（埃及科学研究与技术应用城）的研究团队创新性地将自组装单分子膜(SAMs)技术与明胶特性结合，在《Materials Today Communications》发表了突破性研究成果。

研究采用电化学阻抗谱(EIS)、Tafel极化曲线等电化学方法，结合原子吸收光谱(AAS)、扫描电镜(SEM)和3D激光扫描显微镜(3D LSM)等表面分析技术，通过响应面法(RSM)优化参数，并运用量子化学计算揭示作用机制。实验选用Al_Latif工程公司提供的碳钢样品，在1.0 M HCl体系中系统评估了不同浓度(100-1000 ppm)和组装时间(30-90分钟)下Gelatin-SAMs的缓蚀性能。

【材料与方法】部分详细介绍了实验设计：采用猪皮来源的明胶粉(300 g Bloom值)构建SAMs，通过电化学工作站记录Nyquist图和Tafel曲线，利用SEM观察表面形貌变化，3D LSM定量分析表面粗糙度，并结合量子化学计算阐明电子转移机制。

【电化学阻抗研究】显示Gelatin-SAMs的电荷转移电阻显著增加，1000 ppm浓度下缓蚀效率达90%以上，明显优于直接添加明胶的传统方法。Nyquist图呈现单一容抗弧，表明单层吸附机制。

【Tafel极化测试】证实其为混合型缓蚀剂，同时抑制阴阳极反应。极化电阻在90分钟组装时间达到峰值，此时腐蚀电流密度降低约10倍。

【表面形貌分析】通过SEM观察到Gelatin-SAMs形成致密保护层，3D LSM显示表面粗糙度从空白样的36.1 μm降至24.1 μm，直观证实了膜层的平整效果。

【吸附等温线】研究表明吸附过程符合Langmuir模型，△G°_ads值(-46至-49 kJ/mol)表明主要为化学吸附。量子计算揭示明胶分子通过5.791431 eV的能隙实现适度稳定性和反应活性平衡。

该研究开创性地将食品工业副产品转化为高性能缓蚀材料，其缓蚀效率比传统方法提升20%以上。特别值得注意的是，该方法无需复杂设备，在常温常压下即可完成自组装，每吨处理成本较传统方法降低35%。研究不仅为《巴黎协定》框架下的绿色工业发展提供了技术支撑，更开创了"以废治废"的循环经济新模式。目前团队正进一步优化明胶分子结构，有望将缓蚀效率提升至95%以上，这项技术已在埃及亚历山大港的输油管道中试应用。