生锈的铁可能是它自己最大的敌人

铁(蓝)可以与微量的水发生反应,产生腐蚀性的化学物质,尽管它被浸泡在“惰性”的二氧化碳超临界流体中。莱斯大学进行的原子模拟显示了这种反应是如何发生的。
Evgeni Penev /赖斯大学的插图

Rice团队的模拟表明,铁可以催化“惰性”二氧化碳的腐蚀。

理论上在水中生锈的铁不应该与“惰性”接触而腐蚀超临界流体的二氧化碳。但它确实。

到目前为止,材料科学家还没有找到原因,但莱斯大学(Rice University)的一个研究小组提出了一个理论,可以帮助制定新的策略,保护铁免受环境的影响。

材料理论家鲍里斯Yakobson和他在莱斯的同事乔治布朗工程学院通过原子级模拟发现,铁本身在暴露于超临界CO2(SCO2)和通过促进回到攻击攻击的流体中的活性物质的形成时,在其自身的腐蚀中起着作用。

这项研究发表在《细胞出版社》杂志上,他们得出结论,二维材料(如石墨烯或六方氮化硼)的疏水薄层可以用作铁原子和sCO2活性元素之间的屏障。

水稻研究生李钦昆和研究科学家亚历克斯·库塔纳是这篇论文的共同主要作者。赖斯助理研究教授普彭是一个共同作者。

超临界流体是一种温度和压力使它们大致处于相之间的物质——也就是说,不是所有的液体,但也不是所有的气体。根据研究人员的说法,二氧化硅的特性使其成为一种理想的工作流体,因为它“本质上是惰性的”,无腐蚀性,而且成本低。

“消除腐蚀是一个不断挑战,现在,当政府准备在基础设施中投入大量投资时,这是在许多人的思想中,”材料科学和纳米工程教授和化学教授。“铁是古代基础设施的支柱,但现在只有我们能够对其如何腐蚀的原子理解。”

大米实验室的模拟揭示了魔鬼的细节。以前的研究归因于超流体中散装水和其他污染物的存在腐蚀,但雅各逊表示,这并不是如此。

“作为SCO2中的主要杂质的水,提供氢键网络,以引发与二氮氧化物等二氧化碳和其他杂质的界面反应,并形成对铁有害的腐蚀性酸,”锂表示。

模拟还表明,铁本身也起到了催化剂的作用,降低了铁和sCO2界面处的反应能垒,最终导致了一系列腐蚀性物质的形成:氧,氢氧化羧酸亚硝酸

对研究人员来说,这项研究说明了理论模型在解决复杂的化学问题方面的力量,在这种情况下,可以预测热力学反应,并估计铁和sCO2界面上的腐蚀速率。他们还表明,如果超流体中有超过微量的水,加速腐蚀,那么所有的猜测都是错误的。

本研究由UT-Battelle有限责任公司(4000174979)资助,由美国能源部化石能源项目、横切研发和系统集成部门(DE-AC05-00OR22725)支持。

阅读摘要https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2590238521006779

该新闻稿可在网上找到https://news.rice.edu/news/2022/rusting-iron-can-be-its-worst-enemy.

通过Twitter遵循稻米新闻和媒体关系@RiceUnews.

相关材料:

Yakobson Research Group:http://biygroup.blogs.rice.edu.

材料科学与纳米工程系:https://msne.rice.edu.

乔治布朗工程学院:https://engineering.rice.edu

图片下载:

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/01/0124_iron-1-web.jpg.

铁(蓝)可以与微量的水发生反应,产生腐蚀性的化学物质,尽管它被浸泡在“惰性”的二氧化碳超临界流体中。莱斯大学进行的原子模拟显示了这种反应是如何发生的。(资料来源:Evgeni Penev/Rice大学)

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杂志:问题
DOI:10.1016 / j.matt.2021.12.019
研究方法:计算仿真/建模
研究主题:不适用
文章标题:铁在“惰性”超临界CO2中的腐蚀,从头动力学见解:杂质如何物质
文章出版日期:2022年1月20日

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