緩蝕劑技術(shù)憑借高效、成本低且操作簡單等優(yōu)點，已成為防腐蝕技術(shù)中應用最為廣泛的方法之一。如今可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為世界各國的共識，“綠色”緩蝕劑作為腐蝕防護領域重要的發(fā)展方向，引起人們的廣泛關注。但緩蝕劑的深層次構(gòu)效關系極為復雜，其防腐性能取決于金屬、腐蝕介質(zhì)、緩蝕劑的分子結(jié)構(gòu)、溶解性、溫度等諸多因素，使得研發(fā)具有應用前景且水溶性良好的高效環(huán)境友好型緩蝕劑極具挑戰(zhàn)性。特別是緩蝕劑的分子結(jié)構(gòu)與緩蝕性能之間具體的構(gòu)效關系到底如何，多年來一直是緩蝕劑領域亟待解決的難題。

鑒于此，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所王立平研究員團隊通過引入第一性原理以及分子動力學模擬技術(shù)，有效預測了有機緩蝕劑分子的吸附位點和吸附強度，并對緩蝕劑分子在金屬表面的吸附軌跡進行解析，進而成功指導新型緩蝕劑的分子設計，研發(fā)出了碳量子點、生物大分子DNA、洛沙坦鉀、四唑衍生物等一系列新型高效綠色緩蝕劑。相關成果作為系列研究，相繼發(fā)表于Chemical Engineering Journal 406 (2021) 126863, Journal of Materials Science & Technology 52 (2020) 63–71, Journal of Molecular Liquids 305 (2020) 112789, Journal of Molecular Liquids 298 (2020) 111975, Corrosion Science 161 (2019) 108193, Applied Surface Science 492 (2019) 228–238。

研究首次發(fā)現(xiàn)S原子的橋接、N原子的摻雜分別使得BBTA、碳量子點在金屬表面具有多重錨定吸附作用，從而顯著提高了其緩蝕性能。進一步通過Fukui指數(shù)推斷LP分子中的潛在活性吸附位點，研究了LP分子中咪唑環(huán)、四唑環(huán)、Cl原子等與Fe基底的徑向分布距離，從而探究成鍵模式，證明其物理/化學作用協(xié)同的吸附模式可以有效阻止腐蝕性離子的滲透?？傊?，系列工作闡明的分子/原子尺度的緩蝕機制可以幫助研究者進一步理解緩蝕劑的構(gòu)效關系，為設計和制備優(yōu)異的新型高效綠色緩蝕劑提供了有力指導。

上述研究工作獲得國家杰出青年科學基金和國家自然科學基金等的資助。

圖1 中性以及質(zhì)子化狀態(tài)下的BTA和BBTA分子在Cu(111)表面的穩(wěn)定吸附構(gòu)型

圖2 LP在Fe(110)表面的穩(wěn)定吸附構(gòu)型以及其分子中雜原子與Fe基底之間的徑向分布函數(shù)

圖3 LP單分子膜對金屬基底的防護效果圖