生锈的铁可以是自己最大的敌人

尽管在二氧化碳的“惰性”超临界流体中沐浴,但铁(蓝色)可以与痕量的水反应以产生腐蚀性化学品。在赖斯大学进行的原子模拟显示这种反应如何发生。
插图:Evgeni Penev/Rice University

米队的模拟显示铁催化在“惰性”二氧化碳中的腐蚀。

在水中会生锈的铁理论上不应该在与“惰性物质”接触时发生腐蚀。超临界流体二氧化碳。但它确实如此。

原因是躲避材料科学家现在,但赖斯大学的团队有一个理论,可能有助于保护来自环境的铁的新策略。

材料理论家鲍里斯雅库森和他的同事在米饭乔治R. Brown工程学院通过原子水平的模拟发现,当铁暴露在超临界CO2 (sCO2)和微量的水中时,通过促进流体中反应物质的形成,铁自身在腐蚀中发挥了作用,这些反应物质会回来攻击铁。

在他们的研究中发表在蜂殖新闻期刊事情它们得出结论,如石墨烯或六边形氮化硼等2D材料的薄疏水层可作为铁原子和ScO2的反应元件之间的屏障。

QIN-KUN LI和研究科学家亚历克斯库纳是纸张的联合作者。赖斯助理研究教授Evgeni Penev.是一个合作者。

超临界流体是温度和压力的材料,使它们大致在阶段之间保持 - 例如,并非所有液体,但不是所有的气体。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,它是“基本上惰性”,无腐蚀性和低成本。

材料科学和纳米工程Karl F. Hasselmann教授和化学教授Yakobson说:“消除腐蚀是一个持续的挑战,现在政府准备大力投资基础设施,很多人都在考虑这个问题。”“铁自古以来就是基础设施的支柱,但直到现在,我们才能够从原子的角度了解它是如何腐蚀的。”

莱斯实验室的模拟揭示了细节中的魔鬼。雅克布森说,之前的研究将腐蚀归因于超流体中大量水和其他污染物的存在,但事实未必如此。

“水,作为sCO2中的主要杂质,提供了一个氢键网络,引发与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,”李说。

仿真还表明,铁本身用作催化剂,降低铁和SCO2之间的界面处的反应能屏障,最终导致形成腐蚀性种类的冬季:氧气,氢氧化物羧酸亚硝酸

对于研究人员来说,该研究说明了理论模型以解决复杂化学问题的能力,在这种情况下,在这种情况下预测铁和SCO2之间的界面处的热力学反应和腐蚀速率的估计。如果超流体中的水痕量超过一丝水,它们也表明所有投注都脱落,加速腐蚀。

通过UT-Battelle LLC(4000174979),美国能源化石能源计划,横切研发和系统集成划分(DE-AC05-00OR22725)的支持。

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

可以在线找到此新闻稿https://news.rice.edu/news/2022/rusting-iron-can-be-its-own-worst-enemy

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相关材料:

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

材料科学与纳米工程系:https://msne.rice.edu

乔治R. Brown工程学院:https://engineering.rice.edu

图片用于下载:

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/01/0124_IRON-1-WEB.jpg

尽管在二氧化碳的“惰性”超临界流体中沐浴,但铁(蓝色)可以与痕量的水反应以产生腐蚀性化学品。在赖斯大学进行的原子模拟显示这种反应如何发生。(信誉:Evgeni Penev / Rey University)

莱斯大学位于休斯顿,占地300英亩,是美国新闻与世界报道排名前20的大学之一。莱斯大学拥有备受尊敬的建筑、商业、继续研究、工程、人文、音乐、自然科学和社会科学学院,也是贝克公共政策研究所的所在地。莱斯大学拥有4052名本科生和3484名研究生,本科生与教师的比例接近6比1。它的住宿学院体系建立了紧密的社区和终生的友谊,这就是为什么莱斯大学在众多种族/阶层互动和生活质量方面被《普林斯顿评论》(Princeton Review)评为第一的原因之一。莱斯大学也被Kiplinger 's Personal Finance评为最具价值的私立大学。

日报:问题
DOI:10.1016 / J.Matt.2021.12.019
研究方法:计算仿真/建模
研究对象:不适用
文章标题:“惰性”超临界CO2,AB Initio Dynamics Insights:杂质的重要性
文章出版日期:20-1月2022

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