《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Synergistic Corrosion Inhibition Mechanism of 2-(octadec-9-enyl)-4,5-dihydro-1H-imidazole-1-ethanol and L-Cysteine on L360 Steel in a CO
2 environment: An approach combining experiment and theoretical modeling
编辑推荐：
•OIM-OH与L-Cys在L360钢上表现出强烈的协同抑制作用。•7:3的OIM-OH/L-Cys混合体系效率达97.15%，腐蚀速率为0.0221 mm·y?1。•该混合体系表现出明显的协同共吸附和空间互补性。•分子动力学（MD）和密度泛函理论紧束缚（DFTB）
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OIM-OH与L-Cys在L360钢上表现出强烈的协同抑制作用。
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7:3的OIM-OH/L-Cys混合体系效率达97.15%，腐蚀速率为0.0221 mm·y?1。
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该混合体系表现出明显的协同共吸附和空间互补性。
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分子动力学（MD）和密度泛函理论紧束缚（DFTB）模型验证了原子级别的共吸附机制。
引言
CO?广泛存在于地下和油田环境中[1]。水相中形成的碳酸具有持续的质子供给能力，使其对碳钢的腐蚀性远强于同等pH值的强酸[2]。这不仅会导致材料的均匀减薄，还会引发隐蔽性且破坏性极强的点蚀[3]。在各种腐蚀控制措施中，添加缓蚀剂仍是首选策略，兼顾高效性与成本效益[4]。
咪唑啉（IM）及其衍生物被公认为石油天然气行业中有效且环境友好的缓蚀剂[5]。然而，由于其单一组分自组装结构固有的孔隙缺陷，IM在苛刻条件下往往难以维持保护膜[6]。具体而言，高温在热力学上促进缓蚀剂脱附[7]。具有强攻击性的小半径阴离子（如Cl?）容易穿透自组装咪唑啉膜固有的微观孔隙，引发局部腐蚀[8]，而高流体剪切应力则可在机械上剥离吸附膜[9]。单纯提高IM浓度无法消除这些结构空隙，一旦界面吸附达到饱和，单一组分IM的缓蚀效率必然触及固有的上限[10]。
为解决这一问题，研究人员投入了大量精力研究协同组合方案[11]。已知IM及其衍生物可通过卤素离子或有机阴离子的静电桥接作用，或通过金属阳离子的原位沉淀来修复吸附膜缺陷，从而实现协同增效[12]，[13]，[14]。与这些物理/静电机制相比，含杂原子小分子与IM的组合展现出更深层的化学协同机制。从界面物理化学的角度来看，不同缓蚀剂组分之间竞争性吸附、空间构型和动态电荷转移的微妙平衡，在决定自组装复合膜的结构完整性和抗渗透性能方面起着关键作用[15]，[16]。在硫脲（TU）[17]/2-巯基苯并咪唑（MBI）[18]与IM体系中，小分子与铁基材形成稳定的Fe–S配位键，从而化学锚定于高活性溶解位点并使其钝化，随后通过分子间相互作用增强上层IM的附着力。巯基乙醇（ME）可快速渗入并精确填充中间层空隙，显著提升膜的致密性和完整性[19]。二硫苏糖醇（DTT）利用高极化率的硫原子与金属基材形成配位键，随后通过范德华力和氢键与IM产生强分子间缔合[20]。L-半胱氨酸（L-Cys）在单一分子内天然具有多个极性杂原子位点（巯基、氨基和羧基），因此即使在低用量下，也能通过化学配位锚定在金属表面，并因其分子尺寸小而填充吸附膜中的微观空隙[21]，[22]。鉴于这一双重能力，将L-Cys与长链咪唑啉结合可形成更致密、更完整的复合保护膜。此外，咪唑啉分子中极性基团的水溶性和分散性与膜质量和缓蚀性能直接相关[23]。由于羟基的水溶性和分散性优于氨基[24]，羟基咪唑啉在与L-Cys复配后可能表现出更优的缓蚀效率。
咪唑啉与含杂原子小分子组合是一种公认的缓蚀策略，但关于其协同演化底层物理化学机制的关键知识空白仍然存在。具体而言，不同尺寸的分子如何在金属界面动态相互作用以实现"协同共吸附"和空间互补性尚不完全清楚。此外，分子间氢键与多中心配位如何协同构建高度致密的抗渗透网络，也缺乏直接的多尺度映射研究。为应对这些问题，本研究通过实验与多尺度理论模拟相结合的方法，系统研究了2-(十八碳-9-烯基)-4,5-二氢-1H-咪唑-1-乙醇（OIM-OH，CAS：68052-47-1）与L-Cys在CO?饱和3.5 wt.% NaCl溶液中对L360碳钢的协同缓蚀机制。最终，这些发现为高效缓蚀剂的开发与设计提供了新的见解和坚实的理论基础。
章节摘要
材料与溶液
腐蚀试验所用材料为管道L360碳钢的典型材料，其化学成分（wt.%）为：C 0.142，Si 0.268，Mn 1.272，P 0.015，S 0.009，Cr 0.041，Mo 0.021，Ni 0.043，Cu 0.031，其余为Fe。用于失重测量的样品加工尺寸为50×10×3 mm，而用于电化学测试的样品切割为10×10×5 mm，暴露面积为1 cm2。实验前，样品表面研磨至1200# SiC
失重测量与协同效应
由失重测量得到的腐蚀速率和缓蚀效率如图2所示。未加缓蚀剂的碳钢在空白溶液中表现出较高的腐蚀速率，为0.3611 mm·y?1（图2a）。添加单一缓蚀剂后腐蚀速率显著降低，纯OIM-OH（10:0）降至0.0899 mm·y?1，纯L-Cys（0:10）降至0.1195 mm·y?1。混合OIM-OH/L-Cys缓蚀剂相较于单一缓蚀剂表现出更优的腐蚀抑制性能。该
结论
本研究系统探讨了羟基乙基咪唑啉油酸酯（OIM-OH）与L-半胱氨酸（L-Cys）混合体系在CO?饱和3.5 wt.% NaCl溶液中对L360碳钢的缓蚀效果。主要结论总结如下：
(1) OIM-OH与L-Cys在最佳质量比7:3时表现出强烈的协同效应。腐蚀速率从0.3611 mm/y显著降至0.0221 mm/y，最大缓蚀效率达93.88%。该
CRediT作者贡献声明
陈宇松：资源。 杨宇：验证。 陈超：撰写–审稿与编辑，监督，获取资助。 陈龙军：撰写–审稿与编辑，撰写–初稿，监督，方法学，调查研究，概念化。 刘草草：撰写–初稿，方法学，调查研究，形式分析，数据整理。 陈泸州：验证。 严晶：调查研究。
利益冲突声明
作者声明，不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究受四川省科技支撑计划资助（项目编号：2023YFS0412，2025YFHZ0176）。
原创性声明
本文所述工作为原创性研究，此前未曾发表，也未同时向其他刊物投稿（全部或部分）。此外，本文工作不涉及抄袭或版权侵权问题。
刘草草|陈龙军|严晶|陈泸州|杨宇|陈宇松|陈超
