N,N-二丁基苯胺对低碳钢在硫酸中的腐蚀抑制机制：定量与定性研究

研究人员针对低碳钢(MS)在硫酸中的腐蚀问题，开展了N,N-二丁基苯胺(NNDBA)作为有机抑制剂的效能研究。通过重量法、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电镜(SEM)和密度泛函理论(DFT)等多方法验证，发现NNDBA在10-1 M浓度和298 K条件下抑制效率达92.4%，其通过Langmuir模型单层吸附形成保护膜。该研究为工业腐蚀防护提供了高效环保解决方案。

　　

金属腐蚀是全球工业面临的重大挑战，每年造成高达全球GDP 3.4%的经济损失，其中低碳钢(MS)因其优异的机械性能和成本优势，在建筑、石油化工等领域广泛应用，但其在酸性环境中的腐蚀问题尤为突出。硫酸作为工业常用介质，会引发MS的阳极溶解和氢析出反应，导致材料失效。传统防护方法如合金化、涂层等存在成本高或工艺复杂等局限，因此开发高效有机抑制剂成为研究热点。

德里大学圣达南 Dharma学院化学系的研究团队在《Extreme Materials》发表论文，系统研究了N,N-二丁基苯胺(NNDBA)对MS在0.5 M H₂SO₄中的腐蚀抑制机制。研究采用重量法测定不同温度(298-328 K)和浓度(10^-1-10^-7 M)下的腐蚀速率，结合电化学测试(PDP/EIS)分析界面行为，并通过SEM/AFM观察表面形貌，DFT计算和分子动力学(MD)模拟揭示分子吸附特性。

重量法研究

通过6小时浸泡实验发现，10^-1 M NNDBA在298 K时使MS质量损失降至0.0041 g，抑制效率达94.8%。Arrhenius方程计算显示活化能从空白组的41.84 kJ/mol提升至70.04 kJ/mol，证实物理吸附主导的抑制机制。

电化学分析

极化曲线显示NNDBA为混合型抑制剂，最大腐蚀电位偏移34.2 mV。EIS数据表明添加抑制剂后电荷转移电阻(R_ct)从79.62 Ω/cm²增至2168.78 Ω/cm²，双电层电容(C_dl)从364.28 μF/cm²降至421.96 μF/cm²，证明吸附膜有效阻隔电荷转移。

表面表征

SEM显示空白组MS表面出现深度蚀坑，而10^-1 M NNDBA处理组保持平整。AFM三维成像测得表面粗糙度从176.5 nm降至13.6 nm，验证了抑制剂膜的覆盖效果。

理论计算

DFT揭示NNDBA具有高负值HOMO(-4.419 eV)和低LUMO(0.821 eV)，能隙ΔE=5.24 eV表明强反应活性。Fukui函数指出苯环C9/C10和邻近氢原子为活性中心，MD模拟显示分子以123.11 kcal/mol结合能平行吸附于Fe(110)晶面。

该研究证实NNDBA通过物理吸附形成致密单分子膜，同时苯环π电子和氮孤对电子与Fe的d轨道配位，产生协同保护效应。相较于文献报道的同类抑制剂（如MPTHP、BNPMA等），NNDBA在硫酸体系表现出更优的抑制性能（94.2%），为开发新型绿色缓蚀剂提供了理论依据和实践指导。研究创新性地结合多尺度实验与模拟，阐明了分子结构-吸附行为-防护效能的关系，对延长工业设备寿命、降低维护成本具有重要意义。