生锈的铁可以是自己最大的敌人
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。
Evgeni Penev/Rice University的插图
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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