《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》：Symmetrical Dibenzylimidazolium Salts as Corrosion Inhibitors for Carbon Steel in 15% HCl: Experimental and Theoretical Studies
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本研究合成了一种对称的1,3-二苯基咪唑溴盐缓蚀剂，通过重量损失和电化学测试证明其在15% HCl溶液中表现出优异的抑制性能，最高效率达94.75%（363K，500mg/L）。分子动力学模拟显示其通过物理和化学吸附协同作用形成稳定保护膜，具备温度稳定性。
白瑞艺|黄伟安|赵福浩|朱立新|王卫东|朱伊晴|葛一卓|王仁诺
中国石油大学（华东）石油工程学院，山东省青岛市，266580，中国
摘要
通过一锅法合成了一种对称的1,3-二苯基咪唑溴化物基腐蚀抑制剂（[BzBzIm]Br）。通过重量损失测量和电化学测试评估了其在15%盐酸溶液中的腐蚀抑制效果。采用扫描电子显微镜（SEM）、能量分散X射线光谱（EDS）、原子力显微镜（AFM）和接触角测量对N80钢样品进行了表面表征。通过结合吸附热力学、吸附动力学、量子化学计算和分子动力学（MD）模拟进一步阐明了[BzBzIm]Br的腐蚀抑制机制。综合研究结果表明，[BzBzIm]Br属于混合吸附型腐蚀抑制剂，其抑制作用是通过物理吸附和化学吸附机制的协同效应实现的。具体而言，在363 K的温度和500 mg/L的抑制剂浓度下，腐蚀抑制效率（IE）高达94.75%。即使温度升高到383 K，[BzBzIm]Br的IE仍保持在90%以上，显示出一定的耐温性。吸附热力学分析结果表明，[BzBzIm]Br在N80钢上的吸附行为符合朗缪尔吸附等温线。吸附动力学结果显示，加入[BzBzIm]Br后腐蚀反应变得困难。表面分析和理论计算表明，[BzBzIm]Br的对称二苯基结构提供了良好的结构平面性和刚性，同时支持电子离域效应。这种强化的吸附作用促进了金属表面形成致密稳定的保护膜，从而显著减轻了酸溶液的腐蚀作用。
部分摘录
引言
在油田的各种增产和刺激措施中，酸化处理是一项关键且广泛应用的技术。该方法涉及将高浓度酸性流体注入井筒地层，以分解储层孔隙空间内的堵塞物质，从而恢复或显著提高油气储层的渗透率和产量[1]、[2]、[3]。然而，高浓度的强酸溶液可能会引起严重的腐蚀
材料
N-苯基咪唑和苄基溴是从Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.（中国上海）购买的。无水乙醇和浓盐酸是从Aladdin Reagent Co., Ltd.（中国上海）获得的。15%盐酸（HCl）溶液是通过用去离子水稀释分析纯级HCl制备的，用作腐蚀介质。选择N80钢作为重量损失测量的测试基底。
重量损失测试结果
采用重量损失测量方法评估了[BzBzIm]Br在363 K下、浓度范围为0至500 mg/L（即0、50、150、250和500 mg/L）的15%盐酸溶液中的抑制性能。根据（1）、（2）、（3）对实验数据进行了分析，相关结果总结在表1中。结果表明，随着[BzBzIm]Br剂量的增加，腐蚀抑制效率（IE）得到提升，这说明抑制剂浓度起着重要作用
[BzBzIm] Br的抑制机制
如图16所示，独特的对称二苯基结构使腐蚀抑制剂能够在金属基底上实现高效的多位点吸附保护。分子轨道计算显示，最高占据分子轨道（HOMO）主要位于溴阴离子（Br?）上，而最低未占据分子轨道（LUMO）在整个分子框架中表现出离域特性，表明电子发生了显著离域。
结论
在本研究中，通过一锅法合成了一种基于1,3-二苯基咪唑溴化物（[BzBzIm]Br）的对称腐蚀抑制剂，并对其在15% HCl介质中对N80钢的腐蚀抑制性能和作用机制进行了深入研究。实验结果表明，在363 K和500 mg/L的条件下，[BzBzIm]Br的腐蚀抑制效率达到94.75%（相应的腐蚀速率降低了942.34%）
CRediT作者贡献声明
白瑞艺：写作 – 审稿与编辑，撰写原始草稿，软件使用，方法学研究，数据分析。黄伟安：数据可视化，监督，软件使用，方法学研究，资金获取。朱伊晴：软件应用。葛一卓：资源协调。王仁诺：方法学研究。赵福浩：数据分析。朱立新：数据分析。王卫东：实验研究。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：52374026；51974351）和山东省自然科学基金（项目编号：ZR2024ME125）的财政支持。
