在水中生锈的铁理论上不应该与二氧化碳的“惰性”超临界流体接触而腐蚀。但事实上确实如此。到目前为止，材料科学家们一直没有找到原因，但莱斯大学的一个团队提出了一个理论，可以为保护铁免受环境影响的新策略做出贡献。
莱斯大学乔治 R. 布朗工程学院的材料理论家 Boris Yakobson 和他的同事通过原子级模拟发现，当暴露于超临界 CO 2 (sCO 2 ) 和微量水时，铁本身会通过促进在流体中形成反应性物质，这些物质会回来攻击它。
在他们发表在 Cell Press 杂志Matter上的研究中，他们得出结论，二维材料（如石墨烯或六方氮化硼）的薄疏水层可以用作铁原子和 sCO 2的活性元素之间的屏障。莱斯大学研究生李勤坤和研究科学家亚历克斯库塔纳是该论文的共同主要作者。赖斯助理研究教授 Evgeni Penev 是合著者。
超临界流体是在一定温度和压力下使它们大致保持在相之间的材料——比如说，不是所有的液体，但也不是所有的气体。sCO 2的特性使其成为理想的工作流体，因为据研究人员称，它“基本上是惰性的”、无腐蚀性且成本低。
“消除腐蚀是一项持续的挑战，随着政府准备大力投资基础设施，现在很多人都在考虑这一点，”Karl F. Hasselmann 材料科学与纳米工程教授和化学教授 Yakobson 说。“铁是古代基础设施的支柱，但直到现在我们才能对它的腐蚀方式有一个原子性的理解。”
赖斯实验室的模拟揭示了细节中的魔鬼。以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，但事实并非如此，Yakobson 说。

“水作为 sCO 2中的主要杂质，提供了一个氢键网络，以引发与 CO 2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。
模拟还表明，铁本身作为催化剂，降低了铁和 sCO 2之间界面的反应能垒，最终导致形成许多腐蚀性物质：氧气、氢氧化物、羧酸和亚硝酸。
对研究人员而言，该研究说明了理论建模解决复杂化学问题的能力，在这种情况下，可以预测热力学反应并估计铁和 sCO 2之间界面处的腐蚀速率。他们还表明，如果超流体中存在超过微量的水，加速腐蚀，那么所有的赌注都将失败。