生锈的铁可以是自己最大的敌人

赖斯团队的模拟显示铁催化了“惰性”二氧化碳中的腐蚀。

从理论上讲在水中生锈的铁不应与“惰性”接触超临界流体二氧化碳。但这确实如此。

原因使材料科学家现在避开了，但是莱斯大学的一个团队具有一种理论，可以为保护铁免受环境的新策略做出贡献。

材料理论家鲍里斯·亚科布森（Boris Yakobson）和他在赖斯的同事乔治·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二氧化碳（SCO2）和痕量的水中时，通过促进反应性物种在流体中的形成而发挥作用。

在他们的研究中发表在《蜂窝出版社》杂志上事情他们得出的结论是，2D材料（如石墨烯或六角硼）的稀疏层可用作铁原子与SCO2的反应性元件之间的屏障。

水稻研究生Qin-Kun Li和研究科学家Alex Kutana是本文的共同领导作者。水稻助理研究教授Evgeni Penev是一个合着者。

超临界流体是在温度和压力下将它们大致保持在相之间的材料 - 例如，不是全部液体，但还不是全部气体。SCO2的特性使其成为理想的工作流体，因为根据研究人员的说法，它“本质上是惰性”，非腐蚀性和低成本。

“消除腐蚀是一项持续的挑战，现在，当政府准备在基础设施上进行大量投资时，它正是许多人的想法。”卡尔·F·哈塞尔曼（Karl F.“铁是古代基础设施的支柱，但直到现在，我们才能够对其腐蚀方式有原子的理解。”

赖斯实验室的模拟在细节上揭示了魔鬼。Yakobson说，先前的研究将腐蚀归因于超氟中大量水和其他污染物的存在，但不一定是这种情况。

李说：“作为SCO2中的主要杂质，水提供了一个氢键网络，以触发与CO2和其他杂质（如一氧化二氮）的界面反应，并形成对铁有害的腐蚀性酸。”

模拟还表明，铁本身充当催化剂，降低了铁和SCO2之间界面处的反应能屏障，最终导致形成了许多腐蚀性物种：氧气：氧气，氢氧化物，，，，羧酸和亚硝酸。

对于研究人员而言，该研究说明了理论建模解决复杂化学问题的力量，在这种情况下，可以预测铁与SCO2之间界面处腐蚀速率的热力学反应和估计。他们还表明，如果超流量，加速腐蚀不仅有水的痕迹，所有赌注都会关闭。

这项研究得到了美国能源部的化石能源计划，即通过UT-Battelle LLC（4000174979）的横切研发与系统集成（DE-AC05-00OR22725）的横切部（DE-AC05-00OR22725）的支持。

阅读摘要https://www.sciendirect.com/science/article/abs/pii/s2590238521006779。

该新闻发布可以在线找到https://news.rice.edu/news/2022/rusting-rusting-iron-can-be-be-be-ist-worst-enemy。

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相关材料：

Yakobson研究小组：http://biygroup.blogs.rice.edu

材料科学和纳米工程部：https://msne.rice.edu

乔治·布朗工程学院：https://engineering.rice.edu

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铁（蓝色）可以与痕量的水反应，尽管在二氧化碳的“惰性”超临界液中沐浴，但仍会产生腐蚀性化学物质。在赖斯大学进行的原子模拟显示了这种反应是如何发生的。（信用：Evgeni Penev/Rice University）

赖斯大学位于休斯敦的一个占地300英亩的森林校园中，始终被美国新闻与世界报道（美国新闻与世界报道）排名全美的20大大学。赖斯拥有建筑，商业，持续研究，工程，人文，音乐，自然科学和社会科学的高度尊敬的学校，并且是贝克公共政策研究所的所在地。赖斯的本科生与教师的比例只有4,052名本科生和3,484名研究生，距离6至1岁以下。它的住宅学院系统建立了紧密联系的社区和终身友谊，这就是为什么赖斯在大量种族/班级互动中排名第一，而普林斯顿评论的生活质量排名第一。赖斯还被吉卜林格的个人理财评为私立大学中的最佳价值。

日记：物质
doi：10.1016/j.matt.2021.12.019
研究方法：计算模拟/建模
研究主题：不适用
文章标题：“惰性”超临界二氧化碳中的铁腐蚀，从头开始动力学见解：杂质有多重要
文章出版日期：20-2022

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