新型磺胺甲嘧啶衍生物作为锌金属在1 M硫酸溶液中的潜在缓蚀剂：合成、实验与DFT研究

为解决锌金属在酸性环境中的腐蚀问题，研究人员通过还原胺化法合成新型磺胺甲嘧啶衍生物D1和D2，结合失重实验和量子化学计算评估其缓蚀性能。结果表明，D1在303 K时缓蚀效率达66.2%，优于母体化合物PAR（53.3%）和D2（47.4%），吸附行为符合Temkin和Frumkin等温模型。该研究为开发高效、环保的锌缓蚀剂提供了新思路，具有潜在工业应用价值。

　　

锌金属因其优异的机械性能和耐腐蚀性，广泛应用于建筑、汽车制造等领域。然而，在酸性环境中，锌极易发生腐蚀，尤其是在工业酸洗过程中使用的1 M H₂SO₄溶液中，腐蚀问题更为突出。这不仅导致材料损耗，还可能引发安全隐患。传统的缓蚀剂往往存在效率低、环境毒性大等问题，亟需开发新型高效、环保的缓蚀剂。

针对这一挑战，南非林波波大学（University of Limpopo）的研究团队通过创新性的分子设计，对磺胺甲嘧啶（PAR）进行结构修饰，合成了两种新型衍生物D1和D2。研究人员采用还原胺化法，将2-羟基-3-碘-5-硝基苯甲醛和2-羟基-5-甲氧基-3-硝基苯甲醛分别与PAR反应，成功制备出目标化合物。通过核磁共振（NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对产物结构进行了确证。

为评估这些化合物的缓蚀性能，研究团队采用了失重法测量和量子化学计算相结合的策略。实验在303 K、313 K和323 K三个温度下进行，测试了不同浓度（100-500 ppm）抑制剂对锌片的保护效果。量子化学计算采用ZORA-BLYP/TZ2P方法，分析了分子的电子结构参数与缓蚀效率的关系。

研究结果显示，D1表现出最佳的缓蚀性能，在303 K时缓蚀效率达66.2%，明显优于PAR（53.3%）和D2（47.4%）。温度升高至323 K时，D1仍保持54.3%的效率，显示出良好的温度稳定性。吸附等温线分析表明，D1的吸附过程符合Temkin和Frumkin模型，Gibbs自由能值（ΔG_ads）在-20至-40 kJ mol^-1之间，表明其吸附机制为物理-化学混合型。

量子化学计算揭示了分子结构与性能的关系。D2具有最小的能隙（ΔE=1.19 eV）和最高的电子给予能力（ΔN=1.61 eV），理论上应表现出最佳缓蚀性能。然而实验结果显示PAR的实际效果更优，这可能与其较高的电负性（χ=3.74 eV）和分子稳定性有关。前线分子轨道分析发现，硝基（NO₂）和羟基（OH）等官能团是主要的活性位点，通过与锌表面形成配位键实现保护作用。

这项研究的意义在于：首先，证实了磺胺甲嘧啶骨架作为缓蚀剂母核的可行性；其次，通过系统的结构-活性关系研究，为设计新型缓蚀剂提供了理论指导；最后，提出的混合吸附机制深化了对缓蚀过程的理解。虽然衍生物D1和D2的缓蚀效率提升有限，但该研究为后续优化指明了方向，特别是在官能团选择和分子稳定性调控方面。

研究结论表明，磺胺甲嘧啶及其衍生物通过物理吸附和化学吸附协同作用保护锌金属，其中PAR展现出最佳的性价比。未来研究可进一步探索其他取代基组合，或开发复合型缓蚀体系以提高在高温强酸环境中的性能。该成果发表在《New Scientist》杂志，为工业酸洗工艺的腐蚀防护提供了新选择。