基于龙船花（Ixora）花提取物衍生的氧化锌纳米颗粒控制碳钢海洋微生物腐蚀

《Materials Today Communications》：Ixora flower extract derived ZnO nanoparticles for the control of marine microbial corrosion in carbon steel

　　

微生物诱导腐蚀（MIC）由海洋微生物引起，严重影响海水环境中碳钢（CS）的性能。研究人员采用绿色水热法合成以龙船花（Ixora coccinea）花提取物为还原剂和稳定剂的氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs），并将其作为天然海水中的环保抗菌缓蚀剂进行评价。电化学研究表明，随着ZnO-NPs浓度增加，钢表面形成稳定保护膜，耐蚀性增强。动电位极化（PDP）测量显示，CS在天然海水中浸泡7天后，100 ppm ZnO-NPs的缓蚀效率达95%。电化学阻抗谱（EIS）表明，100 ppm ZnO-NPs时电荷转移电阻（Rct）从537 Ω cm2增至8759 Ω cm2，双电层电容（Cdl）从533 μF cm?2降至2.60 μF cm?2，最大缓蚀效率94.8%。场发射扫描电镜（FE-SEM）、能谱仪（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和原子力显微镜（AFM）等表面与结构分析显示腐蚀损伤减轻、表面覆盖率改善及保护性腐蚀产物生成。ZnO-NPs还通过抑制微生物生长与生物膜形成表现出强抗菌活性，从而缓解MIC。该研究证明植物介导的ZnO-NPs是海洋系统中可持续MIC控制的高效多功能缓蚀剂。

研究背景方面，碳钢（CS）广泛用于海水管道、换热器和海洋平台，但长期海水腐蚀尤其微生物诱导腐蚀（MIC）会显著缩短服役寿命。传统铬酸盐等缓蚀剂因毒性和环境持久性受限，植物提取物虽含黄酮、单宁等吸附活性组分但稳定性不足。纳米材料兼具高反应活性与抗菌性，其中绿色合成氧化锌纳米颗粒（ZnO-NPs）在抑菌与成膜方面具双功能潜力，但天然海水体系中龙船花（Ixora coccinea）花提取物介导ZnO-NPs用于CS的MIC控制此前未见报道。研究人员据此开展植物介导水热合成ZnO-NPs并评价其缓蚀与抗菌性能，得出100 ppm剂量下PDP缓蚀效率95%、EIS缓蚀效率94.8%，且显著抑制生物膜与腐蚀坑，论文发表于《Materials Today Communications》。

关键技术方法上，研究人员取印度Malpe近岸天然海水（pH 7.65，溶解氧8 ppm）原样作腐蚀介质，以CS圆柱试样（工作面积0.75 cm2）为基体；用龙船花干花水提物（IFE）作还原稳定剂，以50 mM Zn(NO?)?·6H?O为前驱体，调pH 12后180 ℃水热合成ZnO-NPs并洗涤煅烧；表征采用XRD、FT-IR、UV-Vis、FE-SEM/EDS、XPS确认晶型与形貌；电化学在三电极体系（SCE参比、Pt对极）下测OCP、EIS（10 mV交流，100 kHz–0.1 Hz）与PDP（±250 mV vs OCP，0.5 mV/s），结合厌氧培养7天土著微生物评价MIC。

研究结果部分，引言指出MIC由硫酸盐还原菌等通过生物膜改变界面化学加速阳极溶解，绿色ZnO-NPs可同步抑菌与成膜。材料与方法已述介质、试样、提取物和NPs合成路径。电化学测量显示随ZnO-NPs浓度升高R_ct增大、C_dl减小、腐蚀电流密度i_corr下降，100 ppm时PDP效率95%、EIS效率94.8%，极化电阻R_p显著提升。ZnO-NPs表征经XRD证为六方纤锌矿结构，FE-SEM见纳米级颗粒，XPS示表面Zn–O键及植物酚类残留。表面分析（FE-SEM/EDS/AFM）表明加ZnO-NPs后CS表面腐蚀坑变浅、生物膜覆盖降低、Zn和O信号增强形成富ZnO保护膜。抗菌实验证实NPs抑制土著菌增殖与生物量。讨论部分指出，IFE中黄酮、单宁等多酚以羟基/羰基配位Zn2?并稳定NPs，NPs释放Zn2?产生活性氧抑菌，同时在CS表面吸附成屏障阻隔Cl?与微生物代谢物；尽管绿色合成降低了常规化学法毒性，但ZnO-NPs入海后仍存溶解、沉降与营养级传递风险，需后续评估。结论为：龙船花提取物介导水热ZnO-NPs在100 ppm天然海水中对CS的MIC具双功能抑制，缓蚀效率超94%、抗菌显著，为海洋环境可持续缓蚀提供新选项。