由具有惰性的超临界二氧化碳(sCO2)引起的金属腐蚀在许多行业和技术(包括碳捕获/储存和动力循环应用)中既是一个难题，也是一个备受关注的问题。尽管经验模型激增，但金属和合金在超临界CO2(sCO2)中腐蚀的原子机制在很大程度上仍未得到探索，这阻碍了对暴露于sCO2的金属降解的有效保护的发展。基于此，莱斯大学Boris I.Yakobson课题组通过使用第一性原理分子动力学和增强的采样方法，探索了sCO2中铁腐蚀的微观机制。虽然在惰性sCO2体相中没有观察到明显的反应现象，但是Fe表面在sCO2|Fe界面处起着催化作用，促使CO2的激活和促进活性物种的形成；在吸附水的关键氢键(HB)网络的促进下，活化分子之间的质子转移导致在Fe(100)上形成*OH、*COOH、*O和*N，而在Fe(111)上形成sCO2中溶剂化的硝酸(亚硝酸)，对铁进行腐蚀。研究人员发现在Fe(100)和Fe(111)上可以形成*HCO3-，势垒分别为0.67 eV和1.23 eV，低于在sCO2中碳酸的形成。此外，铁表面的活性性质揭示出一种简单但有效的防腐方法，即通过沉积二维材料的薄惰性层，如石墨烯或六方氮化硼。此外，sCO2中水的HB反应性表明，通过在界面上形成疏水层(水分子的羟基指向表面电位可以相应地调节的金属)，阻止水-CO2反应，从而减轻腐蚀。Iron Corrosion in the “Inert” Supercritical CO2, ab initio Dynamics Insights: How Impurities Matter. Matter, 2022. DOI: 10.1016/j.matt.2021.12.019
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