《Langmuir》：Understanding the Role of Diethanolamine-Based Protic Ionic Liquids in Corrosion Inhibition: Electrochemical and Surface Characterization of Carbon Steel in Saline Environments
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本综述系统评估了三种二乙醇胺基质子离子液体（PILs）——2-羟基二乙醇胺甲酸盐（PIL A）、2-羟基二乙醇胺丙酸盐（PIL B）和2-羟基二乙醇胺戊酸盐（PIL C）——在3.5 wt% NaCl环境中对A36碳钢的腐蚀抑制性能。研究通过失重法、动电位极化、电化学阻抗谱（EIS）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和X射线衍射（XRD）等多技术联用，揭示了PILs通过界面吸附和薄膜形成机制显著提升抑制效率，其中PIL A效率超75%，且吸附行为符合Frumkin等温模型（ΔG°ad≈ -20.89 kJ/mol），证实为物理吸附主导。表面形貌与腐蚀产物分析表明PILs能有效缓解氯离子侵蚀，并促进保护性氧化层（如针铁矿）形成，为绿色腐蚀抑制剂的分子设计提供了理论与实践依据。
引言
腐蚀是全球性难题，每年造成超过2.5万亿美元经济损失。低合金钢因成本低、机械强度高被广泛应用，但其在含氯环境中易受侵蚀。腐蚀抑制剂作为高效防护手段，但其环境毒性问题亟待解决。质子离子液体（PILs）因其低毒性、可生物降解性和高热稳定性，成为绿色腐蚀抑制剂的理想候选。本研究聚焦二乙醇胺基PILs，通过系统评估其在不同浓度下的抑制性能，揭示其分子结构与抑制效率的关联性。
实验部分
研究选用A36碳钢（成分：C 0.21%, Mn 0.51%, Fe 98.71%）在3.5 wt% NaCl溶液中进行腐蚀测试。PILs通过二乙醇胺与羧酸（甲酸、丙酸、戊酸）反应合成，并通过核磁共振（NMR）、热重分析（TGA）表征其结构稳定性。电化学测试采用三电极体系，扫描速率1 mV/s，阻抗频率范围100 kHz–0.01 Hz。表面分析包括SEM、AFM和XRD，用于观察腐蚀产物形貌与相组成。
结果与讨论
失重测量
PILs在250–1000 ppm浓度下均能降低碳钢腐蚀速率，其中PIL A在1000 ppm时抑制效率达75.05%，而PIL B和PIL C在高浓度下效率反而下降，可能与分子链长度增加导致的吸附饱和有关。腐蚀速率计算基于公式 υcorr= ΔW×k/(S·t·ρ)，抑制效率通过空白与加抑制剂样本的速率差值计算。
吸附等温线与热力学分析
吸附行为符合Frumkin模型（R2> 0.999），表明分子间存在侧向相互作用。吸附自由能ΔG°ad为-20.89 kJ/mol，证实为物理吸附。PIL A的吸附常数Kads最低（0.0004310 L/mg），说明其与金属表面相互作用较弱，但膜层覆盖度更高。
开路电位与极化曲线
PILs使开路电位正移，最高达-0.384 V（PIL A, 1000 ppm），表明界面吸附改变金属/电解质界面性质。极化曲线显示PIL A为混合型抑制剂，而PIL B/C更偏向阳极抑制。电流密度显著降低，例如PIL A在1000 ppm时Icorr从9.51 μA/cm2降至2.37 μA/cm2。
电化学阻抗谱
Nyquist图显示PILs增加电容环直径，极化电阻Rp最高达1463 Ω·cm2（PIL A, 1000 ppm）。双电层电容Cdl下降，说明抑制剂分子置换高介电常数水分子，形成保护膜。临界胶束浓度（CMC）测试表明PIL A的CMC较高（620 ppm），与其最优浓度对应。
表面分析
SEM显示空白样本表面严重腐蚀，形成多孔氧化层（如 Lepidocrocite 和 Magnetite），而PIL A处理的表面平整，腐蚀产物分布均匀。AFM粗糙度分析表明，PIL A使表面粗糙度从185 nm降至11.8 nm，接近抛光对照组（8 nm）。XRD检测到PIL A样本中针铁矿（α-FeOOH）相，该相致密且能有效阻隔氯离子渗透。
能谱分析与抑制机制
EDS映射显示PIL A样本中铁含量达52.07%，氯分布更均匀，而空白样本氯局部富集。抑制机制涉及PILs的阴阳离子协同吸附：阴极区OH–吸引PILs阳离子，阳极区Fe2+溶解吸引阴离子，形成双层保护膜。
结论
二乙醇胺基PILs中，PIL A凭借小分子结构（甲酸基团）实现最优抑制效率（>75%），其吸附为物理主导，符合Frumkin模型。表面分析证实PIL A促进保护性氧化层形成，显著降低氯离子渗透。本研究为PILs在绿色腐蚀防护中的应用提供了理论支撑与实验依据。
