唑类缓蚀剂的性能评价及其在Cu表面吸附机理的实验与分子模拟研究

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1、1中图分类号：TG174.42单位代码：10425学号：Z12090564唑类缓蚀剂的性能评价及其在Cu表面吸附机理的实验与分子模拟研究Experimentalandtheoreticalstudyofazolecorrosioninhibitors’performanceevaluationandadsorptionmechanismonCusurface学科专业：材料工程研究方向：材料腐蚀与防护技术作者姓名：廉兵杰指导教师：胡松青教授校外导师：钱建华教授二〇一五年四月Experimentalandtheor

2、eticalstudyofazolecorrosioninhibitors’performanceevaluationandadsorptionmechanismonCusurfaceAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterSupervisor：Prof.HuSongqingCandidate：LianBingjieCollegeofScienceChinaUniversityofPetroleum(EastChina)22摘要铜及铜合金具有广泛的应用，但在含有SO2、H2S和C

3、l2的气体介质中以及在氨、铵盐、氯化物等溶液中容易被强烈腐蚀。在众多防腐蚀措施中，添加缓蚀剂因其具有诸多优点而成为当前最为有效的防腐蚀方法之一。本文以咪唑（IMD）、三氮唑（TRI）、苯并咪唑（BIMD）和苯并三氮唑（BTA）缓蚀剂分子为研究对象，从实验和理论模拟两方面研究了缓蚀剂的缓蚀性能及其吸附机理。首先通过实验方法得到了四种缓蚀剂的缓蚀效率，然后进一步分析了其缓蚀剂类型并建立吸附等温模型；其次，通过分析四种缓蚀剂分子的全局活性参数，建立其缓蚀效率与全局活性参数之间的关系；再次，通过分析四种缓蚀剂分子的局部

4、活性参数，明确其局部活性位点；最后，通过建立中性和质子化形式缓蚀剂分子在Cu表面的吸附模型，分析分子和金属表面的电子结构参数，得到缓蚀剂分子与Cu表面之间的微观吸附机理。研究结果如下：实验研究得到四种缓蚀剂缓蚀效率由高到低顺序为：苯并三氮唑＞苯并咪唑＞三氮唑＞咪唑，四种缓蚀剂均为混合抑制型缓蚀剂，在铜表面的吸附符合Langmuir吸附模型，且既有物理吸附，又有化学吸附；四种缓蚀剂的前线轨道均分布在分子的环状结构上，且分子中各原子亲电活性中心和亲核活性中心主要集中在分子中的杂原子N上。四种缓蚀剂分子的全局活性参数

5、亲电指数ω与缓蚀剂缓蚀效率相关性均较好，说明缓蚀剂缓蚀效率值与上述全局反应活性参数值有关，可用上述参数值预测缓蚀剂缓蚀效率；四种缓蚀剂分子均可在金属表面发生化学吸附和物理吸附，且具有双环结构的苯并咪唑和苯并三氮唑吸附能要大于单环结构的咪唑和三氮唑，这与实验测得的缓蚀剂的缓蚀效率一致。缓蚀剂分子与铜表面之间的化学吸附通过缓蚀剂分子中的N原子与Cu原子之间形成化学键，且所形成的化学键为共价键，N原子与Cu原子之间的成键是N原子的s、p轨道杂化以及N原子的p轨道与Cu原子d轨道的相互作用所致；缓蚀剂在Cu表面的物理吸

6、附包括范德瓦尔斯力相互作用和静电相互作用。关键词：唑；缓蚀剂；缓蚀性能；吸附机理；密度泛函理论；Experimentalandtheoreticalstudyofazolecorrosioninhibitors’performanceevaluationandadsorptionmechanismonCusurfaceLianBingjie（MaterialsEngineering）DirectedbyProf.HuSongqingABSTRACTCopperandcopperalloyarewidelyuse

7、dinmanyfields.ButtheycancorrodesseriouslyinsomesevereenvironmentsuchasSO2、H2SandCl2gasmediumandammonia、aminiumsaltandchlorinesolution.Addingcorrosioninhibitorisoneofthemostefficientanti-corrosionmethodbecauseofitsmanyadvantadges.Inthispaper,Imidazole(IMD)、tr

8、iazole(TRI)、Benzimidazole（BIMD）andbenzotriazole(BTA)areselectedasresearchobjectstostudytheirinhibitionperformanceandinhibitionmechanismintwoways,experimentandMolecularSimulation.Atfirst,weevalua