本研究以腐败希瓦氏菌为菌株，设置基础培养基培养（CN32组）与添加柠檬酸Fe³⁺培养（FeCi组）两种预培养条件，以AISI 304不锈钢与80nm纯Fe薄膜为研究基体，结合掠入射XANES、原位电化学XANES、电化学阻抗谱、循环极化与SEM等多维度手段，系统解析了Fe³⁺预暴露对细菌腐蚀行为的影响。

亮点：

1.培养条件决定腐蚀强度：预暴露于Fe³⁺的菌株电化学活性显著提升，界面铁溶解与氧化膜生长大幅加速，全面腐蚀速率提升4倍以上。

2.生物膜的双重腐蚀效应：Fe³⁺驯化的生物膜虽加速全面腐蚀，却能显著提升不锈钢的耐点蚀性能，对局部腐蚀具有防护作用。

3.原位技术还原真实界面：首次对比原位与非原位XANES结果，证实非原位测试会因产物再氧化严重失真，界面真实产物以Fe²⁺氧化物为主而非Fe³⁺。

4.提出“驯化效应”机制：从腐蚀位点脱落、预适应Fe³⁺环境的细菌腐蚀能力更强，这是工程系统中MIC非均匀扩展的重要原因。

1.膜层厚度：Fe³⁺预培养组氧化膜厚度飙升

研究采用X射线反射率技术，对不锈钢表面培养前后的膜层结构进行了表征。Fe元素对应的膜层变化远强于Cr元素，说明铁还原菌主要作用于Fe的物相转化，Cr更多保留在膜层深处。

在培养介质和无菌介质中培养前后，对基体进行的非原位X射线反射率扫描：a) Fe吸收边前区（6900eV）；b) Cr吸收边前区（5800eV）

2.产物化学态：非原位vs原位结果截然不同

为明确腐蚀产物的价态与组成，研究分别采用非原位掠入射 XANES（不锈钢试样）与原位荧光XANES（纯铁薄膜模型）进行测试，两者结果呈现出显著差异。

试样培养前以及在CN32、FeCi、FeCi无菌滤液培养基中培养后的掠入射XANES谱：a) Fe K边；b)Cr K边

非原位测试结果：

不锈钢试样培养后取出测试，表面显示以Fe³⁺氧化物/氢氧化物为主。这一结果与铁还原菌的还原属性看似矛盾，研究团队判断，这是样品从培养液取出后接触大气，亚铁产物发生再氧化导致的假象。生物膜下的真实界面产物以Fe²⁺氧化物为主，传统非原位表征会因再氧化过程严重偏离真实情况，原位技术对MIC埋藏界面研究至关重要。

透射XANES谱与试样谱对比：a)FeO、Fe₃O₄和γ-Fe₂O₃参比谱与试样的掠入射XANES谱的对比；b)试样培养前和在CN32、FeCi培养后的原位背散射荧光XANES谱

3.电化学行为：全面腐蚀加剧，局部腐蚀受抑

通过EIS与循环极化测试，研究进一步验证了两组菌株的腐蚀行为差异，呈现出典型的“双重效应”。

从实验期间收集的全范围EIS数据中提取的低频阻抗(a:CN32，b:FeCi)和相位(c:CN32，d:FeCi)图

菌液培养与无菌培养基中培养3d后测得的循环极化曲线：a) 原培养中测试；b) 海盐溶液

SEM形貌观察也印证了这一结论：CN32组表面出现明显点蚀坑，而FeCi组仅存在轻微的晶界腐蚀，未发生点蚀。原因在于：FeCi组界面形成的厚腐蚀产物层，虽然无法阻止整体的电化学溶解，但能有效阻挡Cl⁻的渗透与侵蚀，从而抑制局部点蚀的发生。

5.机制揭示：Fe³⁺驯化重塑细菌活性与界面演化

基于实验结果，研究提出了Fe³⁺丰度调控铁还原菌腐蚀行为的作用机制：
1.细菌活性驯化：培养阶段充足的Fe³⁺会诱导铁还原菌高表达胞外电子传递相关蛋白，使其电化学活性显著增强；当接触钢铁表面时，可更高效地从基体获取电子，加速Fe的阳极溶解。 

2.界面产物演化：大量溶解的Fe²⁺在界面富集，形成以FeO为主的厚腐蚀产物层；该层结构疏松，无法阻滞整体的电荷传递，因此全面腐蚀速率升高。 

3.局部防护效应：厚而连续的腐蚀产物层可物理屏蔽Cl⁻等侵蚀性离子向基体的扩散，避免了局部钝化膜击穿，因此表现出抗点蚀的防护作用。 

4.工程启示：在实际腐蚀中，从活跃腐蚀位点脱落的细菌已被Fe³⁺“驯化”，附着到新表面后会表现出更强的腐蚀能力，这是MIC不断扩展、非均匀发展的重要原因。

本研究通过多尺度表征与原位技术，明确了培养阶段Fe³⁺丰度对铁还原菌腐蚀行为的关键调控作用，主要结论如下：

1.培养环境中Fe³⁺的存在，会显著提升铁还原菌的电化学活性，加速生物膜-金属界面的Fe溶解与氧化/氢氧化物膜生长；

2.铁还原菌生物膜对腐蚀具有双重效应：加速全面腐蚀，同时对局部点蚀具有防护作用；

3.传统非原位表面分析易因产物再氧化导致结论偏差，原位XANES是研究MIC埋藏界面的可靠手段。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108855