铜凭借其优异的导热导电性，在工业及海洋工程领域得到广泛应用。通常情况下，碱性环境可在铜表面形成以Cu₂O为主的钝化保护膜，有效抑制腐蚀。然而，在富含氯离子的海洋环境中，该保护膜极易破坏脱落，导致材料失效。尽管先前研究提出了多种失效机制（如应力诱导断裂、局部溶解变薄、孔洞诱导坍塌等），但对于氯离子如何在原子尺度上促进Cu₂O钝化膜破裂的精确过程与主导机制，科学界长期以来缺乏清晰认识。

为准确理解这一机制，中国科学院宁波材料技术与工程研究所常可可团队与人工光合成与能源催化团队通力合作，综合运用第一性原理热力学计算、基于机器学习势的分子动力学模拟及约束分子动力学等先进计算方法，取得了突破性发现：（1）氯离子在Cu₂O表面发生强化学吸附；（2）氯离子的表面吸附显著降低铜原子溶出能垒；（3）氯离子吸附导致表面空位形成速率远超内部扩散速率。基于这些原子尺度的深入洞察，研究团队从微观动力学层面明确揭示了氯离子诱发Cu₂O保护膜破坏的主导机制为局部溶解变薄机制。该机制的核心在于，氯离子吸附一方面强力加速表层铜原子的溶解流失，另一方面显著抑制了表面空位向材料内部的扩散速率。这种空位形成与扩散的巨大速率差异导致高浓度的表面空位无法及时“愈合”，从而在局部区域引发钝化膜急剧减薄并最终破裂。

相关成果以 “Atomistic insights into chloride-induced depassivation mechanisms of protective Cu₂O films in marine environments”为题在线发表于Corrosion Science期刊上（论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0010938X25004986?via%3Dihub）。宁波材料所工程师陈傲为论文第一作者，乐家波副研究员、徐凯副研究员及常可可研究员共同担任通讯作者。该工作得到了中国科学院战略性先导科技专项（XDB0470103）、国家自然科学基金（22272193, 52471104）、宁波市甬江引才工程（2021A-115-G）和宁波材料所海洋关键材料全国重点实验室协同创新培育等项目的大力支持。

图1 相关计算方法和结果

图2 Cu₂O腐蚀溶解机理示意图

 （氢能与储能材料技术实验室 乐家波）