咪唑类缓蚀剂缓蚀机理的密度泛函理论研究

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1、中图分类号：TG174单位代码：10425学号：S09101081咪唑类缓蚀剂缓蚀机理的密度泛函理论研究CorrosionInhibitionMechanismofImidazoleInhibitorsInvestigatedbytheDensityFunctionalTheory学科专业：材料科学与工程研究方向：材料电化学与能源材料作者姓名：耿玉凤指导教师：胡松青教授二〇一二年五月CorrosionInhibitionMechanismofImidazoleInhibitorsInvestigatedbytheDensityFunctiona

2、lTheoryAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GengYufengSupervisor：Prof.HuSongqingCollegeofScienceChinaUniversityofPetroleum(EastChina)关于学位论文的独创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学（华东）或其

3、它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学（华东）有权使用本学位论文（包括但不限于其印刷版和电子版），使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门（机构）送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权

4、同上。学位论文作者签名：日期：年月日指导教师签名：日期：年月日摘要铜及铜合金通常具有良好的耐腐蚀性能，但在潮湿且含有SO2、H2S和Cl2的气体介质中容易被强烈腐蚀，在氨、铵盐、氯化物等溶液中也会出现明显的腐蚀现象。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）、苯并咪唑（BIMD）和2-巯基苯并咪唑（MBIMD）缓蚀剂分子为研究对象，采用量子化学计算研究三种缓蚀剂对Cu的缓蚀性能。首先通过计算缓蚀剂分子的前线轨道、分子中各原子的Mulliken电荷分布、原子对前线轨道的贡献及Fukui指

5、数，分析其反应活性位点；其次，构建缓蚀剂分子-表面-模型，考察分子以中性和去质子化的两种形式与Cu表面的相互作用以及去质子化的三种分子与铜的氧化物Cu2O表面的相互作用。研究结果如下：三种缓蚀剂分子的前线轨道具有相同的分布中心，且亲核、亲电反应活性中心主要集中在N、S杂原子以及咪唑环和苯环的部分C原子上，分子结构的这种特点有利于缓蚀剂分子和金属表面空的d轨道形成双重键合作用，使缓蚀剂稳定地吸附于金属表面。缓蚀剂分子以中性形式在Cu(111)面吸附时，可形成较弱的垂直化学吸附。分子和表面间的相互作用不仅取决于分子中的杂原子和表面的Cu成键，而且与

6、分子最低端的H和Cu作用形成X-H···Metal氢键(X=CorS)有关，这两种键共同发挥作用使得分子稳定吸附于Cu表面。分波态密度（PDOS）分析表明，N-Cu和S-Cu成键是轨道杂化所致。BIMD和MBIMD还可形成平行于Cu(111)面的物理吸附，吸附强度略小于化学吸附。另外，去质子化形式的缓蚀剂分子能够在Cu(111)面发生较强的化学吸附，其化学吸附能以IMD·

7、子与Cu表面成键形成倾斜吸附。去质子化的三种缓蚀剂分子均可在Cu2O(111)面形成强烈的化学吸附，其吸附能强于在Cu(111)表面的吸附，吸附构型、形变电荷密度和PDOS的分析表明，N-Cu和S-Cu成键是N、S原子中的s、p轨道分别发生了较强的杂化效应所致，而且分子中的N、S原子在Cu2O(111)表面的杂化程度强于在Cu(111)表面。缓蚀剂仅与Cu2O(111)面的Cu成键，分子在Cu2O面的这种吸附有利于形成缓蚀剂-金属络合物，该络合物能够覆盖金属表面的活性中心，从而更好的抑制金属腐蚀。关键词：咪唑，缓蚀剂，密度泛函理论，形变电荷密度

8、，分波态密度iCorrosionInhibitionMechanismofImidazoleInhibitorsInvestigatedbytheDe