绿色苄基肼基咪唑酮衍生物表面功能化提升钢合金抗腐蚀性能：电化学行为与吸附机制

为解决酸性环境中低碳钢腐蚀防护难题，研究人员开发了两种新型苯基肼基咪唑酮衍生物ClPh-DDI和FPh-DDI作为高效环保缓蚀剂。通过电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化(PD)和理论计算证实，10-4 M浓度下缓蚀效率达99%以上，其化学吸附行为符合Langmuir等温模型，为工业防腐提供了可持续解决方案。

　　

在石油、天然气等工业领域，金属腐蚀每年造成巨额经济损失，其中酸性环境下的低碳钢腐蚀尤为突出。传统缓蚀剂往往存在效率低、环境毒性等问题，开发高效环保的新型有机缓蚀剂成为研究热点。有机化合物中的氮(N)、氧(O)等杂原子能与金属表面形成强相互作用，其中咪唑酮类化合物因其特殊的杂环结构和生物活性备受关注，但现有衍生物普遍需要较高浓度(10^-3 M以上)才能达到理想效果。

King Saud University的研究团队创新性地设计合成了两种卤代苯基肼基咪唑酮衍生物：(E)-2-(2-(4-氯苄亚基)肼基)-5,5-二苯基-3,5-二氢-4H-咪唑-4-酮(ClPh-DDI)和(E)-2-(2-(4-氟苄亚基)肼基)-5,5-二苯基-3,5-二氢-4H-咪唑-4-酮(FPh-DDI)。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、核磁共振(¹H/¹³C/¹⁹F NMR)和高分辨质谱(HRMS)表征结构后，研究人员系统评估了其在1 M HCl溶液中对低碳钢的缓蚀性能。

研究采用电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化(PD)测试缓蚀效率，结合扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDX)观察表面形貌，并通过密度泛函理论(DFT)和蒙特卡洛(MC)模拟阐明作用机制。

电化学行为分析
EIS显示ClPh-DDI和FPh-DDI在10^-4 M浓度下的缓蚀效率分别达到99.0%和99.2%，显著优于文献报道的同类化合物。PD曲线证实两者均为混合型缓蚀剂，能同时抑制阴、阳极反应。

吸附机制研究
吸附等温线符合Langmuir模型，ΔG°_ads值分别为-50.4和-54.6 kJ/mol，表明为自发化学吸附过程。卤素取代基的电子吸引效应增强了分子与Fe(110)表面的电子转移，其中氟原子的强电负性使FPh-DDI表现更优。

理论计算验证
DFT计算显示最高占据分子轨道(HOMO)集中在咪唑酮环和亚胺基团，有利于与铁空d轨道形成配位键。MC模拟证实分子能以平行取向紧密吸附在金属表面，实现最大覆盖度。

表面形貌表征
SEM/EDX证实处理后的钢表面形成致密保护膜，氯、氟元素特征峰的出现直观验证了抑制剂吸附。

该研究通过分子设计将卤素原子的电子效应与咪唑酮杂环的配位能力相结合，创制出超高效缓蚀剂。其环保合成路线（温和条件、易得催化剂）和ppm级使用浓度，为工业防腐提供了兼具高性能与可持续性的解决方案。El Moutaouakil Ala Allah A.和Ettahiri W.等作者的工作不仅深化了对有机缓蚀剂构效关系的认识，也为开发新一代"绿色"防腐材料提供了重要参考。论文发表于《Process Safety and Environmental Protection》，相关技术已申请专利保护。