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甯波材料所在揭示新型DNA緩蝕分子作用機制方面取得進展
日期:2019-07-05, 查看:13 字體大小:

      金属材料的有效腐蚀防护是关乎国计民生的重大战略,而缓蚀剂技术由于具备优异的效果和良好的经济效益,已成为防腐蚀技术中应用最为广泛的方法之一。有机缓蚀剂主要通过分子结构中的杂原子、p键或极性基团作为活性吸附中心在金属表面形成一层保护膜,而有机分子与金属之间化学键的强度直接决定了该保护膜的质量和最终的缓蚀性能。因此,一般认为具有更多的活性吸附中心的缓蚀分子会与金属之间形成更强的螯合作用,进而可在金属表面生成更稳定的吸附膜。但缓蚀剂的分子结构与腐蚀抑制性能之间具体的构效关系如何,目前依然是缓蚀剂领域亟待解决的难题。

  進入21世紀,可持續發展戰略已成爲世界各國的共識,從環境保護的角度來看,“綠色”緩蝕劑是如今的重要發展方向。因此研究對環境無公害的環境友好型緩蝕劑具有非常重要的學術價值和實用意義。作爲一種綠色生物大分子,脫氧核糖核酸(DNA)含有許多配位原子的極性基團,在新型綠色緩蝕劑的應用中具有巨大潛力。

  近日,中國科學院甯波材料技術與工程研究所王立平研究員團隊博士後強玉傑通過系統的電化學測試、表面結構表征、吸附等溫模型以及分子動力學模擬等方法系統研究了DNA分子對銅在硫酸溶液中的緩蝕性能及機理。實驗結果表明,DNA可以作爲銅在硫酸介質中的高效緩蝕劑,緩蝕效率可達90%以上,並在溫度升高以後依舊可保持優異的緩蝕性能。且該緩蝕劑屬于陰極型緩蝕劑,會在銅表面生成一層致密的單分子膜,符合langmuir吸附等溫模型。DNA緩蝕膜在銅表面具有活性阻滯效應,且爲化學吸附爲主的混合吸附模式。分子動力學模擬從分子層面上得出了DNA分子及其各組分在銅表面的穩定吸附構型及吸附強度,發現了腺嘌呤核苷酸在DNA緩蝕性能中所發揮的主導作用,從而爲同類型緩蝕劑進一步的分子設計與應用提供了理論指導。相關研究結果發表在Applied Surface Science, 2019, 492, 228-238

  在之前的工作中,強玉傑已經通過電化學以及分子模擬技術相結合的方法,研究了一系列吲唑類化合物、咪唑基離子液體等含氮類有機分子對海工金屬材料的緩蝕性能及機理。相關研究結果發表在Journal of Colloid and Interface Science, 2016, 472, 52-59; Corrosion Science, 2017, 119, 68-78; Corrosion Science, 2017, 126, 295-304; Corrosion Science, 2018, 133, 6-16; Corrosion Science, 2018, 140, 111-121。其中兩篇文章入選了ESI高被引論文,一篇爲Corrosion Science 2017年年度被引頻次最高文章,一篇爲Corrosion Science 2018年年度被引頻次最高文章。

  上述研究工作获得国家杰出青年科学基金(51825505)、国家自然科学基金(21676035, 21878029)、广东省扬帆计划(2015YT02D025)等的资助。

  图1 (a)铜电极在含有不同浓度的DNA的盐酸溶液中的Nyquist图,(b)Bode图,(c)等效电路,(d)吸附机理

 

图2 在Cu(111)表面上吸附的DNA分子的平衡构型

 

  图3 DNA分子单组分在Cu(111)表面上吸附的平衡构型:腺嘌呤核苷酸(A),胞嘧啶核苷酸(C),鸟嘌呤核苷酸(G)和胸腺嘧啶核苷酸(T)

  (表面事业部/中科院海洋新材料与应用技术重點實驗室 强玉杰)

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