《Journal of Molecular Structure》：Newly Synthesized Dopamine-Based Epoxy Resin as an Efficient Corrosion Inhibitor for E24 Steel in Acidic Media: Electrochemical, Surface, and Theoretical Investigations
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•合成了一种用于保护钢材的多巴胺基环氧树脂（DGEDGOB）。•在1 M HCl溶液中，DGEDGOB的抑制效率达到了91.73%。•Langmuir吸附实验表明其具有自发的混合吸附行为。•EIS和PDP测试结果显示其性能优于盐酸多巴胺。•DFT、蒙特卡罗模拟和SEM分析验证了其
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合成了一种用于保护钢材的多巴胺基环氧树脂（DGEDGOB）。
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在1 M HCl溶液中，DGEDGOB的抑制效率达到了91.73%。
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Langmuir吸附实验表明其具有自发的混合吸附行为。
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EIS和PDP测试结果显示其性能优于盐酸多巴胺。
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DFT、蒙特卡罗模拟和SEM分析验证了其强大的表面吸附机制。
引言
由于具有良好的机械性能、多功能性以及低成本，低碳钢在工业和基础设施领域中占据着重要地位[1]。凭借较高的机械强度、良好的导电性、易使用性以及低成本等优点[2]，低碳钢被广泛应用于建筑、化工、海洋工程、冶金以及石油开采等领域[3]。然而，低碳钢极易发生腐蚀，尤其是在酸性环境里（如工业清洗、酸洗和除锈过程中），这不仅会造成巨大的经济损失，还会带来安全隐患[4]。尤其是在酸性条件下，低碳钢较差的耐腐蚀性限制了其使用寿命。当暴露于盐酸、硫酸或硝酸等常用于工业酸洗、除锈和清洁的强腐蚀性化学物质时，这种腐蚀敏感性会进一步加剧[5]。这些化学物质具有极强的腐蚀性，会导致材料加速降解，从而给人们和基础设施带来损失与风险。在这种情况下，修复和更换措施以及防腐策略的成本都非常高昂。因此，人们开发出了多种保护方法，以应对金属材料在酸性环境中的腐蚀问题。其中，最有效的防护方法之一就是腐蚀抑制[6]。
不过，传统的抑制剂存在诸多缺点，比如价格昂贵、对环境有害，且需要较高浓度才能发挥作用[7]。面对这些挑战，研究重点逐渐转向那些高效且环保的“绿色”化合物，比如有机化合物或聚合物[8]以及药物。这类化合物在酸性环境中已被证实具有良好的抑制作用。它们通常含有不饱和π键、杂原子（氮、氧、硫）、平面芳香结构以及能够与金属表面结合的极性功能基团。通过这种吸附作用，它们能在金属表面形成连续的保护层，从而物理性地阻止腐蚀性物质的侵入[9,10]。
盐酸多巴胺属于儿茶酚胺和苯乙胺类家族的水溶性有机分子（见图1），因其作为激素和神经递质的功能而闻名[11]。它的结构中含有儿茶酚和胺功能基团，这使得该分子及其衍生物具备与金属表面相互作用的能力。其中富电子的氧原子和氮原子可作为路易斯碱，与铁离子螯合，在界面处形成保护层，从而将基材与腐蚀性物质隔离开来[12]。
这些相互作用依赖于多种协同机制，包括氢键的形成、金属配位复合物的生成以及共价键的结合，从而确保了牢固且持久的附着效果[13,14]。基于环氧树脂的材料被广泛认为是高效的防腐涂层和成膜剂。如果配方得当，它们的抑制效率可超过90%，而其出色的防护效果——这对涂层的耐久性和质量至关重要——能够显著降低钢铁在酸性环境中的降解速度[[15], [16], [17]]。在本研究中，所合成的DGEDGOB环氧树脂作为一种成膜型抑制剂，能够吸附在钢铁表面形成保护屏障，而非像传统的小分子抑制剂那样发挥作用。因此，优化成膜型抑制剂的分子结构，有望进一步提升其抑制效果以及涂层的稳定性。事实上，合理的分子架构能够增加每个分子上的吸附位点数量，进而提高在金属表面形成坚固、致密且持久保护层的可能性[18,19]。本研究针对市售的盐酸多巴胺以及由它衍生出的新型环氧树脂N, N-二缩水甘油基-4-乙基-1,3-二缩水甘油氧基苯（DGEDGOB），分析了它们在盐酸介质中对低碳钢的腐蚀抑制性能，并进行了对比。这种对比方法符合腐蚀工程和材料科学的基本原理。由于盐酸多巴胺具有螯合作用，本身就具备一定的腐蚀抑制潜力，但由于其分子尺寸较小，吸附层的稳定性和持久性可能会受到限制[20]。
相比之下，DGEDGOB环氧树脂是一种经过设计的合成大分子衍生物，旨在提升上述性能。它的合成过程[21]能产生一种四官能团环氧单体，每个分子拥有的功能基团（环氧基、叔胺基以及芳香环）数量更多，分子量也高于盐酸多巴胺前体。人们推测，这种结构上的变化能够增强界面处的相互作用，通过更大的表面积和更广泛的多元吸附作用，形成更为坚固、持久的保护涂层[22]。因此，本研究的目的就是比较并深入分析市售单体盐酸多巴胺与其合成的环氧树脂衍生物DGEDGOB的吸附和抑制过程。主要目标是探究分子架构——尤其是从简单单体结构向复杂大分子结构的转变——是如何影响材料的耐腐蚀性、表面覆盖度、吸附动力学以及相互作用方式的。为此，我们采用了多种实验方法，包括抑制剂的合成、通过FTIR和NMR对其结构进行分析、在不同实验温度下利用SEM对表面形貌进行详细表征，同时还运用了电化学技术，如PDP和EIS。本研究旨在通过FTIR和NMR光谱技术对DGEDGOB环氧树脂进行合成及全面表征。随后，将通过电化学技术，在不同浓度和温度条件下，定量研究并比较盐酸多巴胺和DGEDGOB的抑制能力。还会通过计算吸附等温线和热力学吸附参数，研究这两种抑制剂在钢铁表面的吸附行为。此外，还将利用SEM进一步分析吸附机制，并根据分子结构解释两者在防护效果上的差异。最后，本研究旨在评估这两种化合物，尤其是新型化合物DGEDGOB，作为高效且长效防腐抑制剂的潜力。通过将廉价且市售易得的单体盐酸多巴胺与其专门合成的环氧树脂衍生物DGEDGOB相结合，本研究为开发一类高性能且环保的成膜型抑制剂做出了贡献，同时也为腐蚀科学中的结构与性能关系研究提供了有益的参考。
章节要点
材料与方法
本研究中所使用的化学试剂均购自Sigma-Aldrich，直接使用无需进一步纯化。其相关规格详见表1。
DGEDGOB的表征
通过BRUKER光谱仪和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）技术，确定了所制备的防腐抑制剂的化学结构。实验是在厚度约为2微米的薄层粘性环氧树脂上进行的，检测波数范围为4000到400 cm?1。DGEDGOB的FT-IR光谱（见图SI1）显示出了其主要功能基团的特征吸收峰，由此证实了该化合物的成功合成。在进行FT-IR分析之前，先对合成的DGEDGOB树脂进行了干燥处理
结论
本研究评估了一种新合成的多巴胺基环氧树脂（DGEDGOB）在1 M HCl环境中对E24钢材的腐蚀抑制效果，并将其与盐酸多巴胺这一前体物质进行了对比。通过电化学、热力学、表面分析以及理论分析等多种方法的综合研究，结果表明在最佳浓度下，DGEDGOB的抑制效果显著优于盐酸多巴胺。这两种抑制剂都属于混合型抑制剂，且都遵循Langmuir吸附规律
作者贡献
概念构思、初稿撰写、审阅与编辑：Hasnaa Haidara。正式分析、审阅与编辑：Mourad Rafik、Anass Tazi、Adil Errahimi、Mouna Azougagh、Oussama El Ghali。实验研究：Omar Dagdag、Ramzi T. T. Jalgham、Abhinay Thakur、Anouar El magri。资源获取、数据验证与数据整理以及项目监督：Mohamed Ebn Touhami、Mohamed Rafik。
利益关联声明
作者们确认，本研究中开展的工作没有受到任何已知的经济利益冲突或个人关系的影响。
CRediT作者贡献说明
Hasnaa Haidara：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、结果验证。Mourad Rafik：撰写——审阅与编辑、可视化、实验研究。Anass Tazi：实验研究。Adil Errahimi：正式分析。Mouna Azougagh：方法设计、实验研究。Oussama El Ghali：方法设计、实验研究。Omar Dagdag：可视化、方法设计、实验研究。Ramzi T.T. Jalgham：软件应用、方法设计、实验研究。Abhinay Thakur：可视化、实验研究。Anouar El magri：。
利益冲突声明
作者们声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知经济利益冲突或个人关系。
Hasnaa Haidara|Mourad Rafik|Anass Tazi|Adil Errahimi|Mouna Azougagh|Oussama El Ghali|Omar Dagdag|Ramzi T.T. Jalgham|Abhinay Thakur|Anouar El magri|Mohamed Ebn Touhami|Mohamed Rafik
