近日，电子科技大学基础与前沿研究院/电子科技大学（深圳）高等研究院邓旭教授团队揭示了海洋飞溅区钢铁快速腐蚀内在的界面自由基机制。研究发现，海洋飞溅区的海水微液滴并非仅仅作为腐蚀介质存在，而是能够在界面自发生成高活性自由基并驱动链式氧化腐蚀反应的“高反应性微反应器”，从而显著加速钢铁在海洋飞溅区环境中的局部腐蚀。相关论文以“Unveiling the role of seawater microdroplets in accelerating steel corrosion”为题，发表在Journal of the American Chemical Society上。基础与前沿研究院2022级博士生谌阳为论文第一作者，邓旭教授和胡宇皓博士后为论文共同通讯作者，电子科技大学基础与前沿研究院为论文第一单位。
图：海水微液滴加速碳钢腐蚀的示意图
海洋工程装备长期服役于高盐、高湿、富氧的复杂环境中，其中海水与空气交界处的浪花飞溅区通常是钢铁腐蚀最严重的区域之一。传统研究通常将飞溅区钢铁的快速腐蚀归因于氯离子沉积、氧浓差电池以及干湿交替导致的盐分浓缩效应，然而，这些宏观机制仍难以完全解释其远高于浸没区的腐蚀速率。
研究团队提出，飞溅区广泛存在的大量海水微液滴具有独特的界面电场和高活性的界面反应特征，可能在金属腐蚀过程中发挥关键作用。通过构建海水微液滴模拟腐蚀体系，系统揭示了海水微液滴诱导碳钢腐蚀的两阶段加速机制：首先，微液滴中自发生成的·OH启动金属铁的快速氧化；随后，界面生成的H2O2与Fe2+发生Fenton反应，实现·OH的循环再生，持续促进铁氧化产物（FeOOH）的形成。同时，高浓度Cl-进一步与FeOOH反应生成可溶性腐蚀中间体（FeOCl），不断破坏氧化层并暴露全新的金属基体，从而形成自维持的链式腐蚀循环。在这一机制作用下，海水微液滴中碳钢的局部最大腐蚀速率较体相海水提高1245%，远高于氧饱和高盐体相溶液中的腐蚀速率，明确了海水微液滴作为“高反应性微反应器”独特腐蚀作用。
这一基于微液滴界面自由基化学的新发现，从微观反应机制层面揭示了海洋飞溅区钢铁快速腐蚀的本质，拓展了对飞溅区钢铁腐蚀界面过程的理论认识。该成果不仅深化了对海洋飞溅区钢铁腐蚀机制的理解，也为发展面向海洋工程材料的自由基靶向型防腐涂层与界面抑制策略提供了新的理论基础和技术思路。
论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c20003
材料表面科学中心：https://www.x-mol.com/groups/dengxu
