腐蚀抑制剂DDI与铁表面反应机理的多尺度模拟研究：从电子结构到动态吸附行为

本研究针对传统腐蚀抑制剂的环境毒性问题，通过密度泛函理论(DFT)和分子动力学(MD)模拟，系统评估了天然化合物DDI在碳钢表面的缓蚀机制。研究人员采用B3LYP/6-311++G(d,p)基组计算电子特性，结合COMPASSIII力场模拟吸附行为，发现DDI与H+的吸附热达114.186 kcal/mol，形成准均质保护层。该工作为绿色缓蚀剂开发提供了理论依据。

　　

金属腐蚀如同无声的工业瘟疫，每年吞噬着全球数千亿美元的经济价值。在石油、化工等关键领域，碳钢结构的腐蚀不仅威胁设备安全，更伴随着传统缓蚀剂带来的环境隐患——含重金属和有毒有机物的配方正面临日益严格的环保法规限制。这一矛盾促使科学家将目光转向天然化合物，而(Z)-3,7-二甲基辛-2,6-二烯-1-基异丁酸酯(DDI)这类植物源性分子因其可降解特性成为研究热点。

研究人员采用多尺度计算策略揭示了DDI的缓蚀机制。通过密度泛函理论(DFT)在B3LYP/6-311++G(d,p)水平上的计算显示，DDI的最高占据分子轨道(HOMO)能量为-0.34688 eV，最低未占分子轨道(LUMO)为0.02496 eV，这种适中的电子给受体能力使其既能与金属表面形成配位键，又可捕获溶液中的腐蚀性离子。分子动力学(MD)模拟采用Materials Studio平台的COMPASSIII力场，动态追踪了DDI在Fe(110)晶面的吸附过程。

Calculation method
研究结合量子化学计算与经典力学模拟：DFT用于解析DDI的电子云分布和前线轨道特性；Adsorption Locator模块优化吸附构型；Forcite模块进行纳秒级MD模拟，体系包含腐蚀性离子(H⁺、Cl^-、OH^-)与铁表面的三元相互作用。

Reactivity of the inhibitor
能隙分析(ΔE=0.37184 eV)表明DDI具有适中的反应活性。分子表面静电势图显示异丁酸酯基团为电子富集区，优先与Fe²⁺形成配位键。径向分布函数证实Cl^-会被DDI的烯烃片段捕获，减少其对钝化膜的破坏。

Conclusion
该研究证实DDI通过三重机制发挥缓蚀作用：1) 与铁表面形成化学吸附，吸附能达-114.186 kcal/mol；2) 在酸性介质中质子化后产生空间位阻效应；3) 通过π电子中和腐蚀电池的电流。分子取向分析显示DDI的异戊二烯链呈45°倾斜吸附，这种构型最大化覆盖了金属表面活性位点。

这项发表于《Computational and Theoretical Chemistry》的工作，首次从原子尺度阐明了DDI的缓蚀构效关系。其创新性在于同时考虑了腐蚀介质中离子-抑制剂-金属表面的复杂相互作用，为开发环境友好型缓蚀剂提供了可量化的设计参数。特别是提出的"准均质吸附层"概念，对理解有机分子在非理想表面的自组装行为具有普适意义。