钢铁行业作为我国落实碳减排的重要领域，未来将面临碳排放强度的“相对约束”、碳排放总量的“绝对约束”以及严峻的“碳经济”挑战。在我国“双碳”战略目标提出的当下，如何通过提高钢铁的防腐能力减小因损耗造成的巨量碳排放，成为科学家必须面对的问题。使用缓蚀剂因具有用量小、成本低、操作方便等优点成为金属防腐的重要策略之一。诸多类别的有机物（如植物提取液、抗生药物、氨基酸、离子液体、人工合成化学品等）在实验室被证实有良好的缓蚀效果，但受成本、鲁棒性、兼容性等限制条件约束，现阶段在工况现场应用仍有一定的局限性，可商用缓蚀剂品类仍短缺。

近年来，碳量子点（CDs）因具有水溶性强、单分散性、均一尺寸、易于表面改性、环境友好等特点脱颖而出，在医学成像技术、环境监测、化学分析、光催化、电池储能等领域被广泛研究，而CDs在金属防腐领域的研究报道仍较少。众所周知，缓蚀剂结构中锚定基团数目与其缓蚀性能、组装成膜速率、致密性及稳定性有密切的关联。因此，探寻具有优良自组装能力的碳点材料亦是当今缓蚀剂研究领域的重要发展方向之一，尤其是采用活性结构保留策略可制备具有“记忆效应”的表面功能化碳点，所得碳点持有原料分子的某些特性，通过设计碳点表面组分可有效调控其缓蚀性能。

基于此，铜仁学院郭雷教授和华东交通大学何忠义教授采用“自下而上”的水热合成方法，以邻苯二胺和硫脲为原料制备出氮硫共掺杂型碳量子点（N,S-CDs），并证实此材料在酸性介质中对碳钢展现出优异的缓蚀性能。相关成果以“One-PotHydrothermalSynthesizedNitrogenandSulfurCodopedCarbonDotsforAcidCorrosionInhibitionofQSteel”为题发表在ACS期刊Langmuir上。

水热合成法制备N,S-CDs：邻苯二胺和硫脲在N,N-二甲基甲酰胺和去离子水溶剂中混合均匀，在℃高温下溶剂热8h，经Da的滤膜透析48h以除去未反应的小分子，最后冷冻干燥得到紫色固体N,S-CDs。

图1.基于邻苯二胺和硫脲制备N,S-CDs的路径示意图。

FTIR分析：所制备的N,S-CDs相对于前驱体邻苯二胺和硫脲的特征峰额外增加了cm?1处对应的N=C=S伸缩振动峰，除此之外在cm?1和cm?1处观察到C=O伸缩振动和C?O伸缩振动的特征峰，由此初步证明N原子和S原子参与了N,S-CDs的形成。

图2.邻苯二胺、硫脲和N,S-CDs的FTIR光谱。

XPS实验：XPS测试进一步剖析了N,S-CDs的化学结构。图3a表明N,S-CDs主要在.93eV、.45eV、.89eV和.81eV处呈现四个峰，其分别对应于C1s（70.93%）、O1s（11.90%）、N1s（11.91%）和S2p（3.6%）；C1s光谱（图3b）表明C=N(.58eV)、C?N(.98eV)、C?S(.68eV)和O?C?N(.33eV)共价键的存在；N1s光谱（图3c）拟合成两个峰，即吡咯N(.33eV)和石墨N(.18eV)；S2p3/2光谱的.38eV和.73eV峰对应于C?S键，S2p1/2的.23eV峰归因于?C?SOx?共价键（图3d）。XPS测试表明N,S-CDs中存在C=N、O?C?N、C?S和?C?SOx?共价键，进一步证实目标物中成功掺杂了N原子和S原子。

图3.N,S-CDs的XPS全谱及高分辨谱。

TEM测试：如图4所示，N,S-CDs是由不均匀的球形纳米颗粒构成，平均尺寸在5?7nm的范围，其在水溶液中可呈现分散状，表明N,S-CDs具有良好的水溶性。

图4.N,S-CDs的TEM图像。

腐蚀电化学实验：图5展示了Q钢在含不同浓度的N,S-CDs的1MHCl溶液的Nyquist和Bode图。Nyquist图表现为扁平的半圆弧，其主要是因为碳钢表面的不均匀性造成的。由图5a可知加入N,S-CDs后Nyquist半圆直径明显大于空白溶液，由此说明N,S-CDs的加入降低了金属的腐蚀。图5bBode曲线中的相位角在90度以下出现一个脊峰，这意味着腐蚀过程中包含一个时间常数即一个弛豫过程。由此说明腐蚀反应中存在类似于受电位变化扰动以控制双电层充放电的过程，充电和放电的速度决定了容抗的大小。Bode图阻抗模量的对数参数表明随着N,S-CDs的浓度逐渐增大，阻抗值增大。由此表明N,S-CDs对Q钢在HCl溶液中的腐蚀反有良好的抑制作用。

图5.Q钢在含不同浓度的N,S-CDs的1MHCl中的(a)Nyquist图和(b)Bode图。

表面形貌观测及接触角分析：碳钢表面的微观形貌和润湿性由AFM和接触角测试来进一步评估。如图6a~6c所示，抛光后的碳钢表面平整，相对粗糙度为6.nm，而浸入腐蚀介质中的碳钢表面显示出多个凸起，二维形貌线扫描后得到的图像显示碳钢表面的凹坑深度波动很大，其粗糙度增加到.6nm。但添加N,S-CDs缓蚀剂后碳钢表面的变得较为平坦，表面粗糙度显著下降至26.62nm。可推测缓蚀剂在碳钢表面形成均匀的吸附膜进而起到有效抑制腐蚀的作用。图6d表示光滑抛光、空白和添加缓蚀剂的碳钢样品的接触角分别为89°、26°和17°。空白溶液中腐蚀样品获得的接触角较低，其归因于腐蚀导致水滴更容易扩散，但有趣的是含有N,S-CDs缓蚀剂的碳钢表面的接触角进一步下降，此可归因于金属表面形成了致密的保护膜，此膜外层由于缓蚀剂本身含有羟基、氨基和巯基等诸多亲水基团可造成接触角下降，而吸附膜内层为疏水性，可阻止铁的溶解反应。

图6.Q钢在不同腐蚀条件下的原子力显微镜及接触角分析。

综上，邻苯二胺和硫脲在溶剂热合成过程中伴随着前驱体的裂解和聚合，碳化后合成的水溶性记忆型N,S-CDs可在碳钢表面自组装锚定成膜，从而起到了抑制金属腐蚀的作用。但此工作在碳点制备过程中也凸显出了分离纯化步骤繁琐、产率低等缺点，在今后的研究中将重点

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