《Surfaces and Interfaces》：Investigation of 1,2,3-selenadiazole derivatives as potent inhibitors for mild steel corrosion in acidic conditions: A computational, morphological, and electrochemical approach
编辑推荐：
本研究合成4-(4-氟苯基)-1,2,3-硒代三唑（RSF）和4-(1,2,3-硒代三唑-4-基)苯酚（RS8），并首次考察其在1M HCl中对低碳钢的腐蚀抑制效果。通过EIS、PDP、重量损失及表面形貌分析，证实两者在100 ppm时抑制效率分别达91.33%和91.99%，抑制机理以电荷转移为主，形成保护膜。DFT计算支持硒化合物的吸附机制。
Ravi Kumar|Hariom Dahiya|Kashmiri Lal|Vijay Kumar|Bindu Mangla|Manajit Mandal|Ashish Sihmar|Hemant Tanwar
印度哈里亚纳邦罗塔克市Maharshi Dayanand大学化学系，邮编124001
摘要
由于成本效益和结构特性，低碳钢被广泛用于许多工业过程中。然而，低碳钢的腐蚀仍然是一个严重问题，这迫切需要测试新的有机防腐剂。为了解决这个问题，我们合成了4-(4-氟苯基)-1,2,3-硒二唑（RSF）和4-(1,2,3-硒二唑-4-基)苯酚（RS8）衍生物，并首次研究了它们在1 M HCl溶液中对低碳钢（MS）的防腐效果。硒较大的原子尺寸和较低的电负性使其具有很强的亲核性，使其成为防腐的理想选择。通过电化学阻抗谱（EIS）、电位动力学极化（PDP）和重量分析评估了这些合成化合物的防腐效果。使用XPS、SEM、EDX、AFM和接触角测量方法检查了金属表面形态，证实形成了保护膜。重量损失研究表明，当温度从298K升高到318K时，在100 ppm浓度下，12小时内的防腐效率从94.81%下降到84.59%。在100 ppm浓度下，RSF和RS8的EIS防腐效率分别为91.33%和91.99%。EIS显示电荷转移是主要的防腐机制，而PDP结果揭示了混合类型的防腐作用。Langmuir吸附等温线在其他等温线中最为适用。密度泛函理论表明，这些化合物与低碳钢相互作用，吸附在金属表面并形成保护层。这些实验和理论发现有助于研究人员设计和测试新的有机防腐剂。
引言
低碳钢（MS）因其低成本和良好的机械性能（如抗拉强度、柔韧性、可塑性和可加工性）而在工业中广泛应用[[1], [2], [3]]。在酸性环境下的工业过程中，低碳钢的腐蚀是一个严重问题。HCl是一种在各种工业过程中广泛使用的矿物酸，例如除鳞、酸洗、基体酸化、酸压裂和其他酸化过程[4,5]。这些过程中的金属腐蚀可能导致系统故障，最终引发事故。此外，还会增加工业成本。采用有效的方法来解决这些问题并减缓腐蚀过程是必要的。向酸性溶液中添加防腐剂以保护金属免受腐蚀是可行的，因为它们成本低且操作简便。防腐剂是在适当量加入腐蚀性介质时能够减缓腐蚀过程而不改变金属表面成分的物质。根据文献，防腐剂的防腐效果取决于含有杂环、苯环、π电子和氮（N）、氧（O）、磷（P）、硫（S）等杂原子的分子，这些特性使它们能够吸附在金属表面[6,7]。官能团、空间因素、分子结构、供体位点的电子密度、温度、芳香性、分子量和金属/溶液界面的电化学势也会影响防腐剂在金属表面的吸附[8,9]。硒二唑的芳香性归因于其较低的毒性和体内稳定性。通常，1,2,3-硒二唑具有广泛的生物活性，包括抗菌、止血、抗肿瘤、杀菌和杀虫作用[10]。硒化合物独特的电子和氧化还原特性使其在生物化学、电化学和工业应用中具有潜力。有机硒（OrSe）化合物作为良好的亲核剂，可能具有催化和螯合特性[11]。与硫不同，硒是一种半导体，具有光伏和光电导性能，因此在电子学和材料科学中得到广泛应用，包括钠离子电池、光伏电池和太阳能电池[12]。
由于硒倾向于将其最外层电子捐赠给金属，OrSe表现出显著的防腐性能。然而，OrSe化合物的防腐效果仅限于少数实例。因此，仍有必要研究OrSe化合物的防腐特性。最近的一些研究表明，带有各种取代基的OrSe化合物能够在低浓度下有效吸附在金属表面并表现出足够的防腐效果。Mohammed Lasri等人研究了苯[1,2,3]硒二唑-异噁唑作为NaCl中铜的有效防腐剂，最大EIS防腐效率为93.05%（浓度为10^-3 mol/L）[13]。Hany M. Abd El-Lateef等人研究了与N-琥珀酸酯连接的有机硒氰酸盐和对称二硒化物作为NaCl饱和熟石灰溶液中RF钢的有效防腐剂，最大EIS防腐效率为94.38%（浓度为1 mM/L）[14]。Caio Machado Fernandes等人研究了硒氰酸盐和硒四唑衍生物作为1 M HCl中MS的防腐剂，显示出93%的EIS防腐效果（浓度为2 mmol/L）[15]。
在本研究中，选择了1,2,3-硒二唑衍生物，因为硒（Se）的较大尺寸和较低的电负性使其具有较好的亲核性和极化性。加上环中的两个氮原子，它们提供了更好的防腐效果。在非常低的浓度下使用基于硒的防腐剂有助于最小化环境风险。此外，未来的工作可以探索防腐剂的回收技术或开发可生物降解的硒类似物。
目前尚未研究1,2,3-硒二唑作为酸性介质中MS防腐剂的效果。在本研究中，我们通过重量损失、EIS、PDP、XPS、SEM、EDAX、AFM、接触角和DFT在酸性条件下研究了新合成的1,2,3-硒二唑衍生物的防腐特性。简单的合成路线和使用的低毒性溶剂使其适用于实际应用。将这些理论和实验研究结合起来将有助于我们更好地理解硒二唑衍生物在MS与测试溶液界面处的防腐机制，并为新型防腐剂的设计提供新的见解。
材料
低碳钢条材从当地供应商处购买。测试样品的化学成分（重量百分比）为：碳（C）= 0.054，磷（P）= 0.019，硫（S）= 0.017，铜（Cu）= 0.010，铬（Cr）= 0.056，钛（Ti）= 0.002，钼（Mo）= 0.018，硅（Si）= 0.015，镍（Ni）= 0.009，锰（Mn）= 0.26，其余为铁（Fe）。用于重量损失和电化学分析的样品经过氧化铝纸机械抛光处理。
重量损失（WL）
为了了解抑制剂剂量和温度对低碳钢重量减少的影响，在298 K至318 K的温度范围内，使用不同剂量的抑制剂在酸性介质（1 M HCl）中进行了多次实验。
CRediT作者贡献声明
Ravi Kumar：概念构思、初稿撰写、项目管理、研究方法、数据可视化、验证、数据分析、正式分析。Hariom Dahiya：监督、审稿与编辑、概念构思、研究方法、资源提供、验证、数据可视化。Kashmiri Lal：研究方法、数据验证、资源提供。Vijay Kumar：数据管理、数据可视化、资源提供。Bindu Mangla：软件使用、数据管理、数据验证、审稿与编辑。Manajit：作者声明
我们，即手稿编号“研究1,2,3-硒二唑衍生物作为酸性条件下低碳钢的有效防腐剂：计算、形态学和电化学方法”的作者，声明该手稿已得到所有作者的批准，并且在研究进行地也得到了相关机构的明确或隐含批准。如果被接受，该手稿不会以相同的形式在其他地方以英语或其他语言发表。
CRediT作者贡献声明
Ravi Kumar：初稿撰写、数据可视化、验证、项目管理、研究方法、概念构思、数据分析、正式分析。Hariom Dahiya：审稿与编辑、验证、监督、资源提供、研究方法、概念构思、数据可视化。Kashmiri Lal：数据验证、资源提供、研究方法。Vijay Kumar：数据管理、资源提供、数据可视化。Bindu Mangla：审稿与编辑、数据管理、软件使用。Manajit Mandal：利益冲突声明
发表这篇题为“研究1,2,3-硒二唑衍生物作为酸性条件下低碳钢的有效防腐剂：计算、形态学和电化学方法”的手稿时，我们与任何个人或组织均无利益冲突。我们声明对未来可能出现的任何利益冲突承担全部责任。致谢
Ravi Kumar感谢CSIR-UGC, 新德里提供的部分研究奖学金（参考编号：201610067021）。Ravi Kumar和Hariom Dahiya感谢Rohtak的Maharshi Dayanand大学提供的必要设施。Ravi Kumar还感谢CIL（Maharshi Dayanand大学, Rohtak）提供的仪器支持。
