电化学与量子化学探索：L-鸟氨酸 L-天冬氨酸作为 AISI 1018 钢在酸性环境中可持续的防腐蚀抑制剂

把报废药片变成金属保护剂

从汽车到化学储罐的日常产品都依赖于钢材，但当钢材接触强酸时，会迅速腐蚀，给工业造成全球数万亿美元的损失。本研究探索了一种出人意料的钢材保护方法：重复利用过期药物。研究人员表明，一种过期的营养药物——L-鸟氨酸 L-天冬氨酸，可以从药物废弃物转变为在苛刻酸性条件下保护钢材的强效屏障。

为什么酸会如此迅速地侵蚀金属

炼油厂、管道和化工装置中使用的钢结构常常与盐酸等酸性液体接触。没有保护时，酸会从表面剥离金属原子，留下坑洞、裂缝，最终形成穿孔。传统的化学添加剂可以减缓这种侵蚀，但许多添加剂有毒、成本高或在强酸中效果不佳。该团队着手寻找一种更清洁、更便宜的方案，同时还能应对另一个日益严重的问题：药房和医院每年必须丢弃的大量过期药品应如何处理。

给过期药物赋予第二次生命

研究人员将重点放在 L-鸟氨酸 L-天冬氨酸上，这是一种由两种氨基酸组成、通常作为肝脏保养补充剂处方的化合物。即便在过期六个月后，精密检测也显示几乎所有药物分子仍化学完整。科学家们将这些过期材料溶解于浓盐酸溶液中，并将常见建筑用钢 AISI 1018 的样品浸入其中，观察该药物是否能减缓腐蚀。随后他们使用多种互补方法——失重测量、电化学测试、表面成像和计算机模拟——来构建药物效能及其机理的完整图景。

看不见的保护膜如何在钢上形成

当将过期药物加入酸中时，其分子会被吸引到钢表面并附着，形成一层薄薄的有机膜。电化学测量显示，随着药物浓度增加，钢表面的腐蚀电流显著下降。在最高测试浓度下，腐蚀速率下降超过90%，钢在热酸中数小时几乎没有质量损失。显微图像也证明了这一点：仅暴露于酸的钢表面粗糙且深度点蚀，而经药物保护的钢则光滑且基本无损伤。对单个分子如何在铁表面着落的计算模型显示，药物分子与表面强烈吸附并扩展开来，形成紧密屏障，阻挡侵蚀性的氯离子和氢原子接触金属。

在真实工况下的稳定保护

该团队还测试了在不同温度下保护效果的变化，因为许多工业过程在高温下运行。随着酸从室温加热到接近沸点，腐蚀速率加快，但过期药物仍能将损害抑制在90%以上。计算表明，药物提高了腐蚀反应必须克服的能量屏障，使金属表面更难被侵蚀。对分子排列方式的研究表明，它们先占据钢上最活泼的位点，然后向较不活泼的区域扩展，形成一种略显不均但极为有效的多层涂层。有趣的是，未过期与过期的药物表现几乎相同，证实“废弃”材料仍具备保护金属所需的全部特性。

这对工业和环境意味着什么

简而言之，这项工作表明，一种安全、廉价的肝脏保健补充剂——尽管早已超过其医疗保质期——可以作为在极端酸性环境中保护钢材的高效防锈剂。通过将一种环境负担（过期药品）转化为工业金属的保护涂层，这一方法将成本节约与更清洁的化学实践联系起来。如果推广放大，类似策略可帮助工厂减少因腐蚀导致的故障和药物处置问题，向材料被重复利用而非丢弃的循环经济迈出重要一步。

引用: Alshammari, O.A.O., Abdelwahab, A., Jeilani, Y.A. et al. Electrochemical and quantum chemical exploration on L-ornithine L-aspartate as a sustainable corrosion inhibitor for AISI 1018 steel in acidic environment. Sci Rep 16, 13029 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-49295-4

关键词: 腐蚀抑制, 过期药物, 钢材保护, 绿色化学, 酸性环境