新型N-杂环化合物在HCl溶液中对SAE 1020钢的高效缓蚀与氢渗透抑制机制研究

为解决工业酸洗过程中碳钢的腐蚀和氢脆问题，研究人员合成了2-(硝基亚甲基)-1,3-氧嗪烷（NOX）和2-(硝基亚甲基)六氢嘧啶（NHE）两种新型N-杂环缓蚀剂，通过电化学测试和密度泛函理论（DFT）计算，发现NOX在3.8 mmol L?1浓度下缓蚀效率达91.5%，但高浓度时出现氧原子解离的异常现象。该研究为开发高效环保缓蚀剂提供了新思路。

　　

在石油、天然气和金属加工行业中，碳钢因酸洗工艺面临严重的腐蚀和氢脆问题。传统缓蚀剂往往效率不足或存在毒性，而现有研究对N-杂环化合物的作用机制尚未阐明。针对这一挑战，巴西弗卢米嫩塞联邦大学冶金工程研究生院（PPGEM/UFF）的研究团队在《Journal of Industrial and Engineering Chemistry》发表论文，通过实验与理论计算相结合的方式，揭示了两种新型N-杂环化合物在HCl环境中的独特缓蚀行为。

研究采用失重法、动电位极化、电化学阻抗谱（EIS）和氢渗透测试等实验方法，结合密度泛函理论（DFT）计算，系统评估了NOX和NHE对SAE 1020钢的防护效果。实验样本采用工业级SAE 1020碳钢，通过Devanathan-Stachurski双电解池研究氢渗透行为。

Open circuit potential measurements
开路电位测试显示，含NOX的溶液电位正向偏移更显著，表明其能更有效阻断腐蚀电化学反应。Method部分详述了通过微波辐射法合成NOX和NHE的工艺，反应条件为110°C乙醇溶剂中反应60分钟。Conclusions指出：1）NOX在3.8 mmol L^?1时缓蚀效率达91.5%，但浓度超过3.8 mmol L^?1时因氧原子解离导致效率骤降至66.24%；2）NHE表现出浓度依赖的稳定缓蚀性能（最高82.7%）；3）DFT计算证实NOX结合能更低，但高浓度时氧原子会脱离分子与铁表面结合，这一发现首次从原子尺度解释了缓蚀剂的异常浓度效应。

该研究的创新性在于：首次发现N-杂环缓蚀剂的"浓度阈值效应"，为优化工业酸洗工艺参数提供理论依据；提出的氧原子解离机制为设计高稳定性缓蚀剂分子提供了新方向。研究人员特别强调，这两种化合物经体外实验证实无毒，符合绿色化学要求。论文最后指出，下一步将研究分子结构修饰对氧原子稳定性的影响，以开发更高效的缓蚀体系。