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材料學家利用原子級模擬方法，發現鐵會在CO?中催化自身腐蝕反應

2022-01-27 16:36:07 作者：腐蝕與防護來源：腐蝕與防護分享至：

在水中生銹的鐵，理論上不應該再與“惰性”的二氧化碳超臨界流體接觸時發生腐蝕，但事實上它確實如此。

到目前為止，材料科學家還沒有找到原因，但是萊斯大學（Rice University）的研究團隊有一個理論，可能有助于制定新的策略來保護鐵免受環境影響。

研究小組通過原子級模擬發現，當暴露在超臨界二氧化碳（sCO2）和微量的水中時，鐵本身在其自身的腐蝕中起著作用，因為它促進了流體中活性物質的形成，這些活性物質會回來攻擊它。

研究的結論是，二維材料（如石墨烯或六方氮化硼）的薄疏水層，可以用作鐵原子和sCO2活性元素之間的屏障。

超臨界流體是指在一定溫度和壓力下的材料，使其大致處于兩相之間——比如說，不全是液體，但還不全是氣體。據研究人員稱，sCO2的特性使其成為一種理想的工作流體，因為它“基本上是惰性的”，無腐蝕性且成本低。

研究人員認為，消除腐蝕是一個持續的挑戰，現在很多人都在關注這個問題。鐵自古以來就是基礎設施的支柱，但直到現在我們才能夠從原子上了解它是如何被腐蝕的。

萊斯實驗室通過模擬顯示了細節中的“魔鬼”。以前的研究將腐蝕歸因于超流體中存在大量的水和其他污染物，但情況并不一定如此。水作為sCO2中的主要雜質，提供了一個氫鍵網絡，以引發與CO2和其他雜質如氧化亞氮的界面反應，并形成對鐵有害的腐蝕性酸。

模擬結果還顯示，鐵本身起到了催化劑的作用，降低了鐵和sCO2界面的反應能量障礙，最終導致了一系列腐蝕性物種的形成：氧氣、氫氧化物、羧酸和亞硝酸。

對研究人員來說，這項研究說明了理論模型有助于解決復雜化學問題，在這種情況下，可以預測熱力學反應，并估計鐵和sCO2之間界面處的腐蝕速率。

研究還表明，如果超流體中存在一丁點兒的水，一定會進一步加速鐵的腐蝕。

題為Iron corrosion in the “inert” supercritical CO2, ab initio dynamics insights: How impurities matter的相關研究論文發表在《物質》上。查閱論文詳細信息請點擊“閱讀原文”。

DOI：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.12.019

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