积雪草提取物与碘化钾协同抑制碳钢在酸性介质中腐蚀的分子机制研究

本研究针对碳钢(CS)在酸性介质中的严重腐蚀问题，开发了基于积雪草提取物(CAE)与KI的环保型复合缓蚀剂。通过电化学测试、表面分析和理论计算证实，200 mg/L CAE+200 mg/L KI在25°C时缓蚀效率达96.9%，揭示了CAE通过O、C原子吸附及与I-协同作用的分子机制，为植物源缓蚀剂的工业应用提供了新思路。

　　

碳钢(CS)因其优异的机械性能和成本优势被广泛应用于工业领域，但在酸性环境中极易腐蚀，不仅造成资源浪费，还可能引发安全隐患。传统缓蚀剂虽有效但存在环境毒性问题，而植物提取物缓蚀剂又普遍存在效率不足的缺陷。如何开发高效环保的缓蚀剂，并阐明其作用机制，成为腐蚀防护领域的重要课题。

安徽工程大学化学与环境工程学院的研究团队创新性地将传统中药积雪草提取物(CAE)与碘化钾(KI)复合，系统研究了其在1 M HCl溶液中对CS的协同缓蚀作用。通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析确认CAE主要含2-(3,4-二羟基苯基)-3,7-二羟基-4H-色烯-4-酮(DDHC)和5,6,7,8-四甲氧基-2-(4-甲氧基苯基)-4H-色烯-4-酮(TMHC)两种活性成分。研究采用电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化(PDP)等测试方法，结合扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等表征手段，并运用密度泛函理论(DFT)、GFN-xTB方法和分子动力学(MD)模拟进行理论计算，相关成果发表在《Industrial Crops and Products》上。

电化学测试表明，200 mg/L CAE单独使用时缓蚀效率为90.9%，而与200 mg/L KI复配后效率提升至96.9%，协同系数S>1证实了两者的协同效应。表面分析显示，CAE+KI处理后的钢表面粗糙度(R_a)从221 nm降至115 nm，显著优于空白组。理论计算揭示，CAE中的DDHC和TMHC通过O原子与Fe形成化学键，质子化后吸附能分别达-391.20和-668.45 kJ/mol。分子动力学模拟发现，CAE+KI膜可使H₃O⁺扩散系数从1.32×10^-9降至3.82×10^-11 m²/s，有效阻隔腐蚀介质。

研究创新性地提出协同机制：I^-优先吸附在钢表面形成负电层，通过静电作用促进质子化CAE的吸附；同时CAE分子中的O、C原子与Fe形成配位键，两者协同构建致密保护膜。该工作不仅为植物提取物缓蚀剂的性能提升提供了新策略，其提出的"卤素离子-植物活性成分"协同模型更为绿色缓蚀剂的设计提供了理论指导。相较于传统缓蚀剂，CAE原料来源广泛、提取工艺简单，兼具高效性与环境友好性，展现出良好的工业化应用前景。