咪唑類緩蝕機理的密度泛函理論研究.pdf

1、銅及銅合金通常具有良好的耐腐蝕性能,但在潮濕且含有SO2、H2S和Cl2的氣體介質(zhì)中容易被強烈腐蝕,在氨、銨鹽、氯化物等溶液中也會出現(xiàn)明顯的腐蝕現(xiàn)象。在眾多防腐蝕措施中,添加緩蝕劑兇其具有諸多優(yōu)點而成為當前最為有效的防腐蝕方法之一。本文以咪唑(IMD)、苯并咪唑(BIMD)和2-巰基苯并咪唑(MBIMD)緩蝕劑分子為研究對象,采用量子化學(xué)計算研究三種緩蝕劑對Cu的緩蝕性能。首先通過計算緩蝕劑分子的前線軌道、分子中各原子的Mulliken

2、電荷分布、原子對前線軌道的貢獻及Fukui指數(shù),分析其反應(yīng)活性位點:其次,構(gòu)建緩蝕劑分子-表面-模型,考察分子以中性和去質(zhì)子化的兩種形式與Cu表面的相互作用以及去質(zhì)子化的三種分子與銅的氧化物Cu2O表面的相互作用。研究結(jié)果如下:
　　 三種緩蝕劑分子的前線軌道具有相同的分布中心,且親核、親電反應(yīng)活性中心主要集中在N、S雜原子以及咪唑環(huán)和苯環(huán)的部分C原子上,分子結(jié)構(gòu)的這種特點有利于緩蝕劑分子和金屬表面空的d道形成雙重鍵合作用,使緩

3、蝕劑穩(wěn)定地吸附于金屬表面。
　　 緩蝕劑分子以中性形式在Cu(Ⅲ)面吸附時,可形成較弱的垂直化學(xué)吸附。分子和表面間的相互作用不僅取決于分子中的雜原子和表面的Cu成鍵,而且與分子最低端的H和Cu作用形成X-Hmetal氫鍵(X=C or S)有關(guān),這兩種鍵共同發(fā)揮作用使得分子穩(wěn)定吸附于Cu表面。分波態(tài)密度(PDOS)分析表明,N-Cu和S-Cu成鍵是軌道雜化所致。BIMD和MBIMD還可形成平行于Cu(Ⅲ)面的物理吸附,吸附強度略

4、小于化學(xué)吸附。另外,去質(zhì)子化形式的緩蝕劑分子能夠在Cu(Ⅲ)面發(fā)生較強的化學(xué)吸附,其化學(xué)吸附能以IMD·＜BIMD·＜MBIMD·的順序遞增,這與實驗測得的低濃度時三種緩蝕劑在氫氧化鈉溶液中抑制銅腐蝕的緩蝕效率一致。去質(zhì)子化的三個緩蝕劑分子不能平行吸附于Cu表面,而是通過N、S原子與Cu表面成鍵形成傾斜吸附。
　　 去質(zhì)子化的三種緩蝕劑分子均可在Cu2O(Ⅲ)面形成強烈的化學(xué)吸附,其吸附能強于在Cu(Ⅲ)表面的吸附,吸附構(gòu)型、形