《Next Research》：Theoretical and Experimental investigation of a novel metal-based phosphate inhibitor for corrosion prevention on mild steel surfaces in an acidic environment
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锡磷酸作为无机腐蚀抑制剂在酸性介质中对低碳钢的防护机制研究。采用DFT、MC模拟及电化学技术（PDP、EIS）结合FTIR、SEM和接触角分析，证实锡磷酸通过形成致密保护膜显著抑制腐蚀，最大效率达83.14%。
A.S. Sowmyashree | Amita Somya | Srilatha Rao | Khalid A Alzahrani | Anish Khan | Mohamed Hashem | Narasimha Raghavendra
印度卡纳塔克邦班加罗尔Nitte（被认定为）大学Nitte Meenakshi理工学院化学系
摘要
金属和/或合金由于与周围环境的化学或电化学反应而发生降解的现象称为腐蚀。防止和控制腐蚀是腐蚀工程的关键组成部分。本文研究了四价磷酸锡在酸性介质中对低碳钢（MS）的潜在防腐作用。为了了解所报道的抑制剂在低碳钢表面的防腐性能，通过电化学技术（如使用DFT和MC模拟进行的理论研究、PDP电位动力学极化以及EIS电化学阻抗谱）对其防腐行为进行了研究。PDP实验中获得的最高效率为83.14±0.186%，这可以解释在低碳钢表面形成保护膜的现象。此外，我们还使用了FTIR傅里叶变换红外光谱、SEM扫描电子显微镜和CA接触角来评估金属表面保护层的形成情况。
引言
腐蚀是指金属表面与环境中存在的氧气、水分和其他污染物通过电化学反应发生氧化还原反应的过程，从而产生一些稳定的产物[[1], [2], [3], [4]]。腐蚀产物的形成通常取决于多种因素，包括压力、空气中的氧气含量以及水中的流速等。多年来，许多制造行业，特别是化工、电力和石化领域，广泛使用低碳钢作为建筑材料。这得益于低碳钢出色的机械性能、易于加工以及极低的成本。由于其多种应用，钢铁会暴露在各种腐蚀性环境中，包括用于蚀刻、酸洗、脱脂、清洁以及油井酸化的酸性溶液中。这会导致钢铁迅速腐蚀，从而产生一系列负面影响，如产品价值下降、流体渗入管道和容器、结构坍塌或退化以及机械和物理性能减弱[5]。由于腐蚀问题，大多数行业，尤其是处理石油和天然气管道的行业，无法使用低碳钢。因此，制定高效的防腐策略非常重要。在多种防腐方法中，使用防腐剂被认为是最有效的方法[6]。
防腐剂可以通过吸附在金属表面来形成隔离金属表面与腐蚀介质的屏障。当防腐剂吸附在金属表面时，其对温度和浓度非常敏感[4]。许多含有杂原子（如P、O、S和N）的纳米级无机和天然防腐剂已被证明能显著抑制腐蚀反应[10]。无机防腐剂对于防止金属结构的腐蚀至关重要[11,12]。它们可以根据应用、作用机制和化学组成进行分类。无机防腐剂的作用方式包括形成屏障、钝化和阴极保护等。许多行业，包括石油和天然气、汽车、电子、建筑和海洋领域，都使用无机防腐剂[13]。防腐剂可以是天然存在的，也可以是人工合成的材料，主要包括大多数结晶盐，如铬酸钠、磷酸盐或钼酸盐[13,14]。锡是一种两性金属，既能与酸反应也能与碱反应，同时在中性或接近中性的环境中具有抗腐蚀性。它在软水中不会腐蚀，多年来一直被用作蒸馏水管材料。锡的氢过电位很高，因此腐蚀受到氢生成的抑制[15,16]。四价磷酸锡是一种成熟的阳离子交换剂，至今已被用于多种混合离子交换剂的制备[17,18]。
本研究的目的是通过电化学和理论模拟研究来探讨其化合物配方对铁（Fe）的防腐机制。此外，还研究了磷酸锡的防腐效果。本研究的结果为高效低碳钢防腐剂复合配方的开发提供了有价值的参考。
实验部分
金属样品和测试溶液的制备
实验中，将金属片固定在一个1平方厘米的区域内，该金属的成分包含0.062%的碳、0.263%的锰、0.025%的硫和99.63%的铁。样品用双蒸馏水清洗后保存以备后续使用。盐酸（HCl）购自Merck India，无需进一步纯化即可使用。首先制备了2M HCl的储备溶液，并用2M NaOH进行标准化处理。
开路电位
在400秒的浸泡时间内，记录了浸入1 M HCl中的低碳钢电极的电位。测量结果包括使用不同浓度无机磷酸锡的情况。图1显示了实验结果。当低碳钢浸入1 M HCl中时，其电位逐渐升高，直到达到稳态电位[[24], [25], [26]]。
电位动力学极化研究
图2中的Tafel图有助于理解电化学动力学过程
结论
本研究探讨了磷酸锡作为低碳钢（MS）无机防腐剂的潜在效果。使用MC蒙特卡洛模拟和DFT密度泛函理论进行的理论研究证实并补充了实验结果。此外，PDP电位动力学极化和EIS电化学阻抗谱这两种电化学技术被用来研究磷酸锡的防腐性能。
致谢
作者感谢班加罗尔Jain大学提供的SEM研究支持；同时感谢Nitte Meenakshi理工学院化学系的K Swamynathan博士以及班加罗尔North大学物理系的Sushma女士在导电率测量方面提供的帮助。本项目得到了沙特阿拉伯吉达King Abdulaziz大学科学研究处（DSR）的资助。
资金支持
本研究得到了Nitte Meenakshi理工学院（被认定为大学）化学系的资助。
作者贡献
概念构思、方法设计、数据整理、初稿撰写：A.S. Sowmyashree；可视化处理、实验研究、结果验证：Amita Somya和Srilatha Rao；撰写、审阅与编辑：Khalid A Alzahrani、Anish Khan、Mohamed Hashem；计算研究：Narasimha Raghavendra。
：撰写初稿、方法设计、实验研究、概念构思。
：资源协调、项目管理、方法设计、实验研究。
：可视化处理、结果验证、软件支持。
：撰写、审阅与编辑。
>Anish Khan>：撰写、审阅与编辑。
：撰写、审阅与编辑。
：软件支持。
利益声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务关系/个人关联：
资金支持：本研究得到了Nitte Meenakshi理工学院（被认定为大学）化学系的资助。
