腐蚀在工业和工程系统中仍然是一个复杂且持续存在的挑战，尤其是在金属材料不断暴露于酸性、碱性或盐溶液等恶劣环境中的情况下[1]。这种电化学降解是由于金属具有恢复到更稳定氧化态（通常是氧化物或氢氧化物）的固有热力学驱动力。这一过程导致材料逐渐恶化、机械性能减弱和结构失效，从而带来巨大的经济负担，包括维护成本、设备更换和工艺停机时间。全球范围内，腐蚀造成的损失每年高达数十亿美元，不仅包括材料的直接降解，还包括与金属离子释放和效率降低相关的环境和运营影响2, 3, 4。
在结构材料中，铝及其合金因其低密度、高强度重量比、优异的电导率和热导率以及出色的加工性能而占据关键地位。这些特性使它们在航空航天、海洋、运输和能源相关应用中不可或缺。然而，它们在腐蚀环境中的长期性能与自然形成的钝化氧化膜（Al2O3）的稳定性密切相关，该氧化膜通过阻碍阳极溶解提供初步保护。在中性或微碱性条件下，这种薄而附着的膜保持稳定，并有效抑制腐蚀。相比之下，在富含氯化物的环境中（如NaCl溶液），保护层容易受到局部攻击。由于氯化物离子体积小且对金属表面有很强的亲和力，它们会吸附在氧化膜上并通过点蚀和缝隙形成引发局部膜破裂。一旦钝化层受损，铝的溶解会通过产生可溶性Al3+离子的电化学反应加速。氯化物吸附、膜不稳定性和合金相之间的微电偶效应会加剧局部腐蚀过程，最终破坏材料的结构完整性和使用寿命5, 6, 7。
腐蚀的负面影响在铝部件经常暴露于酸性清洁剂、除垢溶液或富含氯化物离子的工艺流体的工业领域尤为明显。这种恶劣环境会加速材料降解，导致机械完整性受损、运行效率降低和潜在的安全隐患。因此，理解和减轻铝合金的酸性和氯化物引起的腐蚀一直是科学和工程研究的重要领域。应对这一挑战的主要策略是使用腐蚀抑制剂——这些化学物质会吸附在金属表面形成保护屏障，有效减少合金与腐蚀介质的直接接触。因此，发现和机制表征高效抑制剂（特别是在含氯化物的酸性条件下）对于提高基于铝的系统的耐用性和可持续性至关重要8, 9, 10, 11。在这方面，两种喹啉-3-羧酸衍生物P-1和P-2被用于研究其在1 M HCl中对低碳钢的腐蚀抑制性能，采用了电化学、表面和计算技术。两种抑制剂的效率均随浓度增加而提高，P-1在1 mM浓度时达到89.8%，P-2达到94.1%，PDP显示阴极型行为，EIS显示极化电阻增加。SEM、EDX和UV-可见光谱分析证实了它们在金属表面的吸附，并遵循朗缪尔等温线行为，而DFT和MD模拟提供了关于电子性质、吸附构型和相互作用强度的原子级见解。与先前报道的喹啉基抑制剂相比，P-1和P-2表现出更高的效率和更强的吸附能力，其中P-2的效果略好8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16。
传统的腐蚀抑制剂通常基于含有氮、硫或磷等杂原子的合成或无机化合物，虽然具有较高的抑制效率，但由于其毒性和较差的生物降解性，引发了越来越多的环境和健康问题。因此，研究重点逐渐转向了来自可再生植物来源的环保替代品。这些“绿色”抑制剂通常富含多酚、生物碱、萜类和黄酮等植物化学成分，通过杂原子孤对电子捐赠和π电子与金属表面的相互作用表现出强大的吸附和钝化能力。其中，大豆素是一种天然存在的异黄酮，广泛存在于Ficus sur和其他豆科植物中，被认为是一个有前途的候选抑制剂。其分子结构——包含羟基和羰基官能团、共轭π体系和多个吸附中心——使其能够与金属基底发生强相互作用，从而形成致密、附着的保护膜，有效阻止电荷转移并抑制金属溶解，从而提高铝在含氯化物环境中的耐腐蚀性17, 18, 19。
要全面理解像大豆素这样的有机分子的抑制行为，需要超越经验观察，深入到控制吸附、电荷转移和界面动力学的分子尺度过程20, 21。虽然实验电化学技术提供了抑制性能的宏观证据，但往往缺乏阐明抑制剂效率背后电子相互作用所需的分辨率22, 23。因此，计算方法——特别是密度泛函理论（DFT）和分子动力学（MD）模拟——已成为揭示这些原子级机制的不可或缺的工具。DFT可以评估关键电子参数，包括前沿分子轨道能量、电负性、偶极矩以及电子捐赠或电子抽取倾向，这些因素共同决定了抑制剂分子对金属表面的化学反应性和吸附亲和力24, 25。相比之下，MD模拟能够捕捉抑制剂-金属界面的时间演变和热力学稳定性，同时考虑了溶剂效应、温度波动和现实环境条件下的动态吸附行为[26]。
尽管关于有机腐蚀抑制剂的计算研究越来越多，但将DFT和MD结合起来研究生物基化合物在氯化物介质中对高强度铝合金（如Al(AA7075)的抑制机制的研究仍然有限。特别是，大豆素在Al(AA7075)合金表面的原子级腐蚀抑制机制尚未得到系统探索。为填补这一空白，本研究采用了DFT-MD框架，以详细了解大豆素在NaCl溶液中的腐蚀抑制行为。DFT分析重点关注量子化学参数，包括最高占据分子轨道和最低未占据分子轨道的能量（HOMO和LUMO）、能隙（ΔE）、偶极矩和Mulliken电荷分布，以阐明大豆素的电子反应性和潜在吸附位点。补充的MD模拟用于研究大豆素-Al(AA7075)系统在水性环境中的动态吸附构型、结合能和界面稳定性。通过整合这些计算技术，本研究提供了对控制大豆素抑制效率的物理化学相互作用的全面理解，并为合理设计可持续的生物基腐蚀抑制剂提供了有价值的指导，以保护铝在盐介质中的性能。
