Density functional theory based indicators to predict the corrosion inhibition potentials of ceramic oxides in harsh corrosive media

腐蚀 陶瓷 密度泛函理论 材料科学 氧化物 金属 吸附 氧化剂 无机化学 冶金 化学工程 复合材料 化学物理 计算化学 物理化学 化学 有机化学 工程类
作者
Anson Thomas,Tuhin Suvra Khan,Puneet Gupta
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (3): 2537-2545 被引量:2
标识
DOI:10.1039/d2cp05474d
摘要

Coating metal surfaces with ceramic oxides is an experimentally established technique to curb the corrosion of metals. Herein, we used periodic spin-polarized density functional theory (DFT) to study the ceramic oxides Al2O3, TiO2, HfO2 and ZrO2 for their corrosion-inhibition potentials under different harsh corrosive conditions. The adsorption of corrosive atoms on ceramic oxide surfaces is analyzed using DFT-computed indicators such as binding energies, Bader charges, projected density of states (pDOS), and geometric considerations. Adsorption is carried out on the energetically most favorable sites on the metal oxide slabs. Our DFT calculations predict the experimentally observed trends of the ceramic oxides reported in the literature in a chlorine-rich (saline) medium, which was ZrO2 ∼ HfO2 > TiO2 > Al2O3. The computational model is then applied to test the performance of the ceramic oxides as protective layers in sulfur-rich and oxidizing harsh environments. Such a comprehensive DFT-based comparative analysis to predict the corrosion-inhibition potential of ceramic oxides is established for the first time to the best of our knowledge. This easy-to-use computational approach can be widely utilized to gain first-hand information on the anti-corrosion potentials of ceramic oxides and alloys without creating different corrosive conditions experimentally.
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