节约有限资源和保护生态环境是实现人类社会可持续发展的必由之路,运用和发展原子经济性反应是绿色化学的根本要求。然而金属腐蚀在工农业生产和社会生活的各个方面举目可见,它严重影响生产和生活的安全性,造成重大安全事故,危及人民生命,污染生活环境,给国家带来重大经济损失。如震惊世界的日本“福岛”核泄漏,就是是因为设备老化,原子炉压力容器的中性子脆化、压力抑制室出现腐蚀所导致的。据估计,2019年度我国因腐蚀造成的经济损失至少约为2.97万亿人民币。而全球因腐蚀造成的经济损失高达2.64万亿美元。因此,发展耐腐能力强的新型金属材料、研究新型多功能高效缓蚀剂、寻求新的金属防腐技术是科技工作者面临的永恒挑战。任何事情都有好有坏,腐蚀介质如碱也是一把双刃剑,它可以摧毁金属铝的结构,然而它可以催化一些主要的有机合成反应,制备我们所需物质。因此,本文利用氢氧化钠是Knoevenagel缩合反应的有效催化剂的特点,以丙二酸二乙酯和吡啶-4-甲醛为原料,在AA6061铝合金和1 M NaOH溶液中原位合成有机缓蚀剂。采用失重法、电化学法、扫描电镜、固体紫外漫反射和分子动力学模拟等手段探究了该Knoevenagel缩合反应对AA6061铝合金碱性腐蚀的抑制作用。具体内容如下:1)失重法结果表明该反应对AA6061铝在1 M NaOH溶液中有良好的缓蚀性能。缓蚀率随着有机化合物浓度的增加而增加。如303.15 K时,有机物浓度为0.100M时缓蚀率为23.36%,当浓度增加至0.225 M时,缓蚀效率达到94.20%。温度的升高会加速Knoevenagel缩合反应,因此缓蚀效率明显提高。在研究的温度范围内(303.15-363.15 K),缓蚀效率都达到了95%以上。失重法结果表明该反应在较宽的温度范围内都对铝的腐蚀有抑制作用。通过对吸附模式的研究表明,体系中有机化合物在铝表面的吸附符合Tempkin吸附等温线。Tempkin的相互作用参数a为负值,表明在金属表面的吸附层中,吸附粒子之间存在排斥作用。2)Tafel极化曲线表明,随着有机化合物的加入,腐蚀电流密度由9100μA cm-2减小至188.1μA cm-2,缓蚀效率增大。从腐蚀电位变化幅度可知,Knoevenagel缩合反应能同时抑制阴极和阳极反应,但在高浓度时,腐蚀电位正向偏移程度很大,说明此时Knoevenagel缩合反应主要抑制电极反应的阳极过程。3)EIS谱显示出两个容抗弧和一个感抗弧,并且随着加入的有机化合物浓度的增加,Knoevenagel缩合反应加快,容抗弧逐渐增大,极化电阻增大,缓蚀效率提高。当有机物浓度进一步增加时,在电极表面形成保护膜,金属腐蚀受到抑制,Al+迁移受到阻碍。阻抗谱显示,感抗弧消失,而容抗弧变为一个,此时腐蚀过程主要受电荷转移控制。Knoevenagel缩合反应的发生使双电层电容(dl)降低,表明有机物分子替代了水分子等而吸附在铝电极上,形成致密的保护膜而抑制了OH-对铝的腐蚀。4)根据扫描电镜图像可知,没有Knoevenagel缩合反应存在的铝片在氢氧化钠溶液中浸泡4 h后,金属基底表面变得很粗糙,存在Knoevenagel缩合反应的体系中,在铝表面观察到蠕虫状的纳米级条状物的保护膜,EDS分析表明有机化合物分子均匀的分布在金属基体上。固体紫外漫反射表明有机化合物的加入有效地保护了金属不被腐蚀,因而金属表面更光滑,反射率更高。5)分子动力学模拟表明有机化合物分子吸附在金属表面,降低了OH-在金属表面的吸附。并且降低OH-吸附能的能力大小为缩合产物>丙二酸二乙酯&吡啶-4-甲醛>丙二酸二乙酯>吡啶-4-甲醛,由此可推断体系中有机分子对在碱性溶液中的金属铝的缓蚀效率大小为缩合产物>丙二酸二乙酯&吡啶-4-甲醛>丙二酸二乙酯>吡啶-4-甲醛。6)分析铝被NaOH腐蚀的机理,结合碱催化Knoevenagel缩合反应历程,我们认为,Knoevenagel缩合反应产生的有机负离子可与带正电的铝离子结合形成有机铝粒子,增大了Al+的位阻,阻碍了Al+通过氧化物/溶液界面的迁移,使Al3+难以生成。而带长共轭体系的缩合产物具有多个吸附中心,可吸附在铝表面形成疏水膜,此外产物之间还可通过π-π堆积构成更加致密的保护膜,从而有效阻止OH-对AA6061铝表面的侵蚀。