研究一种新型苯并噻唑离子液体作为低碳钢高效且环保的缓蚀剂（1） M HCl

《Materials Today Communications》：Research of a novel Benzothiazole ionic liquid as an efficient and green inhibitor for mild steel in 1 M HCl

新型苯并噻唑离子液体[ESBT]I在1M HCl中对低碳钢的腐蚀抑制效果显著，0.05mM时效率达97.8%，0.25mM时达98.55%。实验结合静态失重、电化学方法及光谱技术，证实其吸附符合Langmuir模型（ΔG=-39.27至-48.87kJ/mol），且720小时后仍保持80.31%效率。SEM和AFM显示表面形成保护膜，DFT和MD模拟支持其抑制机制。

　　在工业生产中，金属的腐蚀问题一直是一个重要的挑战。尤其是在酸性环境中，如盐酸（HCl）溶液中，金属材料容易受到腐蚀，影响设备的使用寿命和安全性。为了解决这一问题，研究者们一直在探索有效的腐蚀抑制剂。近年来，随着环保要求的提高，绿色、环保型的有机腐蚀抑制剂成为研究的热点。这些抑制剂通常具有较低的毒性和良好的环境适应性，能够在不损害环境的情况下有效保护金属免受腐蚀。

在众多的腐蚀抑制剂中，离子液体（ionic liquids, ILs）因其独特的物理化学性质而备受关注。离子液体具有高溶解性、低熔点、低蒸气压、低毒性、高极性和良好的热稳定性，这些特性使其成为一种理想的腐蚀抑制剂材料。特别是，基于咪唑类阳离子和卤素类阴离子的离子液体，在酸性环境中表现出优异的抑制性能。然而，大多数离子液体的抑制效果依赖于较高的浓度和较低的温度条件，这在实际应用中可能会导致成本增加和资源浪费。

因此，开发一种能够在低剂量下，且在较宽温度范围内保持高效抑制性能的新型离子液体成为研究的重要方向。本研究中，科学家们合成了一种新的基于苯并噻唑（benzothiazole）的离子液体，即3-ethyl-2-styrylbenzo[d]thiazol-3-ium iodide（[ESBT]I），并对其在1M HCl溶液中的腐蚀抑制性能进行了系统研究。通过静态重量损失法、电化学方法、光谱检测技术和理论计算等多种手段，评估了该离子液体对低碳钢（mild steel）的腐蚀抑制效果。

实验结果显示，在0.05mM浓度下，[ESBT]I的腐蚀抑制效率分别达到了97.8%、94.4%和94.64%，在60℃的条件下，抑制效率进一步提升至98.55%、97.5%和96.07%。这表明，[ESBT]I在高温环境下仍能保持较高的抑制性能，这在实际的工业应用中具有重要意义。此外，研究还发现，[ESBT]I在金属表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温线模型，其吸附自由能ΔGads在20-60℃的温度范围内为-39.27至-48.87 kJ/mol，这说明该离子液体与金属表面之间存在较强的相互作用力。

在长期浸泡测试中，[ESBT]I表现出良好的稳定性，即使在720小时的浸泡时间后，其抑制效率仍能保持在80.31%以上。这表明，该离子液体不仅能够在短时间内有效抑制腐蚀，而且具有较长的使用寿命，能够满足实际应用中对耐久性的要求。通过极化曲线分析，研究发现[ESBT]I表现出混合型的腐蚀抑制机制，这意味着它既能抑制阳极反应，也能抑制阴极反应，从而全面减少金属的腐蚀速率。

此外，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）的观察结果进一步证实了在[ESBT]I存在的情况下，金属表面形成了保护性的抑制膜。这表明，该离子液体不仅能够在溶液中发挥作用，还能在金属表面形成物理屏障，从而增强其对腐蚀介质的防护能力。结合密度泛函理论（DFT）和高级分子动力学（MD）模拟的计算结果，进一步支持了实验数据，揭示了[ESBT]I分子的结构与其腐蚀抑制性能之间的关系。

本研究的创新点在于，首次系统地评估了基于苯并噻唑的离子液体在酸性环境中的吸附行为和腐蚀抑制机制。通过实验、理论和模拟的结合，不仅验证了该离子液体的高效性，还为未来绿色、高效的腐蚀抑制剂的设计提供了新的思路和方向。此外，研究还指出，传统的基于咪唑的离子液体在高温下的抑制效果有所下降，而[ESBT]I则能够在高温条件下保持较高的抑制效率，这在工业应用中具有重要的实际意义。

在实际应用中，金属腐蚀抑制剂的性能往往受到多种因素的影响，包括浓度、温度、溶液的pH值以及金属表面的性质等。因此，开发一种能够在不同条件下保持稳定性能的腐蚀抑制剂，对于提高工业设备的使用寿命和安全性具有重要意义。[ESBT]I的优异性能不仅体现在其高效的抑制效果上，还体现在其良好的稳定性和适应性上，这使得它在实际应用中具有较大的潜力。

本研究的结果表明，[ESBT]I是一种具有广泛应用前景的新型环保型腐蚀抑制剂。其在不同浓度和温度条件下的优异表现，不仅为工业领域提供了新的解决方案，也为未来绿色化学的发展提供了理论支持和技术参考。通过系统的实验和理论分析，科学家们进一步揭示了该离子液体的结构特性与其腐蚀抑制性能之间的关系，为今后的研究提供了重要的指导。

总的来说，本研究通过对新型苯并噻唑基离子液体[ESBT]I的深入研究，不仅验证了其在酸性环境中的高效腐蚀抑制性能，还为其在实际应用中的推广提供了理论依据和技术支持。同时，研究也指出了传统离子液体在高温下的局限性，强调了开发新型离子液体的重要性。未来的研究可以进一步探索该离子液体在不同环境条件下的应用潜力，以及其与其他材料的协同效应，以期实现更高效、更环保的金属腐蚀防护方案。