腐蚀造成的经济损失非常严重，全球可达数万亿美元计；但这个数额总有一天它会随着新的、更好的预测金属与水反应方法的出现而明显缩小。

俄勒冈州立大学和加州大学伯克利分校的研究人员们已经开发出一种新的计算方法，这种方法通过结合两种技术进行预测，可以实现更快、成本更低和更有效地预测金属与水反应的能力。该研究结果已经发表在《Nature Communications》上，该方法可以广泛用于各种领域，包括桥梁、飞机引擎的设计，这两者都是容易受到腐蚀的结构。

“除了金、银等贵金属外，每种金属都会与水发生反应”，俄勒冈州立大学化学教授Doug Keszler科学家说。

“我们希望预测金属溶解和金属与水结合的特定反应，但不是通过实验测定而是通过方法预测出这些反应的产物是什么，”同时兼任在俄勒冈州立大学可持续化学材料中心主任Keszler说。

Keszler指出：“通常我们看到金属溶解在水中时，我们会首先设想这个金属溶解形成了一种简单的盐”。

“然而，事实上并不总是这样。在许多情况下，它开始溶解去形成一个复杂的簇，其中包含许多金属原子，”他又解释道， “我们现在可以预测溶液中存在的簇的类型，因此可以进一步从计算的角度去理解金属溶解。”

研究人员们研究了13种元素——包括铝、镓、铟和铝等元素——水相的金属氧化物和氢氧化物，科学家们将量子力学的计算方法与一种“群加性”方法结合起来创造出了Pourbaix图，为水溶液中金属的溶解态提供的黄金标准。
 
“我们通过应用这种新方法可以根据pH值和浓度量化地评价簇的稳定性，”研究作者俄勒冈州立大学的化学教授Paul Ha-Yeon Cheong说。

了解这种簇是至关重要的，因为它们在化学过程中扮演重要角色，它们可以从生物矿化态变成电子应用中的溶液相-沉积薄膜。因此，描述发生腐蚀的原因源于我们首先能够描述金属在水中的稳定状态。

Keszler说：“这项研究工作具有非常重要的意义，例如如果你在设计一个新的钢桥，你想在设计过程中就计算出潜在的腐蚀情况，或如果你有一个新的金属飞机引擎，你想要确定它是否会发生腐蚀。”

这些例子并不只是假设。就在去年夏天，日本航空公司不得不更新所有波音787梦幻客机舰队的100 Rolls-Royce 引擎，原因是涡轮叶片的腐蚀和开裂已经引起了一系列的引擎故障。而用于这些引擎的花销达2000万美元。

“大多数的Pourbaix图是不含有这些金属簇的，因此我们以往缺乏对金属溶解和与水反应的理解，”研究的合作者加州大学伯克利分校材料科学教授Kristin A. Persson说，“但是，现在我们已经发现了这个快速、准确的用计算机模拟这些金属簇的方法，这将改变我们预测金属如何在水中发生反应的能力。”


译者：兔子小光
译自：phys