综述：配位化学在腐蚀科学与工程中的作用：配位键与配位材料

《Contraception》：Coordination chemistry in corrosion science and engineering: Role of coordination bonding and coordination materials

　　本综述系统阐述了配位化学理论在腐蚀抑制剂吸附与成键机制中的核心作用，重点介绍了金属有机框架（MOFs）、配位聚合物（CPs）等新型配位材料作为下一代绿色腐蚀抑制剂的优势（如高比表面积、自修复性能），为替代传统有毒抑制剂提供了可持续解决方案。文章通过分析配位键的电子转移（n→d/π→d）与反馈键（d→p*）协同机制，揭示了极性取代基通过诱导效应（±I）和共振效应（±R）调控抑制效率的规律。

　　

配位化学在腐蚀科学与工程中的作用：配位键与配位材料

腐蚀作为全球每年造成2.5万亿美元经济损失的自然降解过程，严重威胁工业设施安全与生态环境。传统有机腐蚀抑制剂依赖氮、氧、硫、磷等杂原子提供的孤对电子，通过配位键与金属表面d轨道形成吸附保护层。配位化学理论通过阐明n→d电子转移与d→p*反馈键的协同机制，为抑制剂分子设计提供了关键指导：给电子取代基通过+I/+R效应增强配位效率，而吸电子基团则可能通过共振创造sp²杂化缺电子位点，促进反馈键形成。

配位材料 vs 传统腐蚀抑制剂：性能对比

新型配位材料如MOFs、CPs和有机金属化合物（OMCs）凭借其可调控孔结构、高比表面积和表面功能化能力，显著提升了腐蚀防护性能。与传统毒性铬酸盐、磷酸盐相比，MOFs复合材料（如MOF-MXenes）在涂层中展现出卓越的自修复特性，可通过活性物质可控释放实现长效防护，同时具备抗菌防污功能。

腐蚀抑制剂配位键的计算模拟与仿真

密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟揭示了抑制剂分子吸附构型与电子密度分布的关系。福井函数与分子静电势图证实配位位点富电子区域与金属空轨道的相互作用，而吸附能计算则量化了单齿、双齿和三齿配体（如吡啶衍生物）的螯合稳定性——多齿配体置换多个预吸附水分子引发的熵增效应（ΔS°>0），使其保护膜热力学稳定性显著提升。

配位络合物作为腐蚀抑制剂

Schiff碱、金属羧酸盐等配位络合物在液相环境中可通过多齿螯合形成致密保护层，其吸附过程符合Langmuir等温模型，吉布斯自由能变（ΔG_ads）介于-20至-40 kJ/mol之间，证实物理吸附与化学吸附共存的协同机制。这类材料在酸性介质中对钢的抑制效率可达95%以上，且能通过苯环取代基修饰调控疏水性与吸附强度。

挑战与未来方向

当前配位材料面临合成成本高、高温稳定性不足及环境适应性有限等挑战。未来研究需聚焦于绿色合成工艺开发、生物降解性评估以及智能响应型MOFs材料的设计，以应对现代工业对高性能腐蚀防护材料的迫切需求。

结论

配位化学原理不仅深化了对腐蚀抑制剂界面行为的理解，更推动了MOFs、CPs等先进材料在可持续腐蚀防护领域的应用。通过理性分子设计结合计算模拟，有望实现针对特定金属与环境条件的高效、绿色抑制剂定制化开发。