缓蚀剂等有机分子在铁表面吸附行为的分子动力学和量子化学研究

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1、缓蚀剂等有机分子在铁表面吸附行为的分子动力学和量子化学研究王兴北京科技大学论文题目：缓蚀剂等有机分子在铁表面吸附行为的分子动力学和量子化学研究学号：_________________________S20070626作者：_________________________王兴专业名称：_________________________材料学2009年12月15日缓蚀剂等有机分子在铁表面吸附行为的分子动力学和量子化学研究theStudyontheAdsorptionofInhibitorandotherOrga

2、nicMolecularsonsteelsurfaceusingMolecularDynamicsandQuantumChemicalMethod研究生姓名：王兴指导教师姓名：路民旭北京科技大学材料科学与工程学院学院北京100083，中国MasterDegreeCandidate：WangXingSupervisor：LuMinxuSchoolofMaterialsScienceandEngineeringUniversityofScienceandTechnologyBeijing30XueyuanRoad

3、，HaidianDistrictBeijing100083，P.R.CHINATG174.42公开分类号：____________密级：______________ＵＤＣ：____________单位代码：______________１０００８北京科技大学硕士学位论文缓蚀剂等有机分子在铁表面吸附行为的分子动力学论文题目：和量子化学研究王兴作者：_________________________路民旭教授北京科技大学指导教师：单位：指导小组成员：许立宁讲师单位：北京科技大学论文提交日期：2009年12月15日学

4、位授予单位：北京科技大学北京科技大学硕士学位论文致谢本硕士学位论文是在导师路民旭教授和许立宁讲师的悉心指导下完成的，论文的选题、实验的设计与实施、实验结果的分析到论文撰写等各个环节都倾注了两位导师的教诲和心血。他们对科学研究孜孜不倦追求的精神，严谨的治学作风，基础研究和工程应用结合的思想，深深地感染着学生，使学生受益匪浅，谨此表示最真诚的感谢！感谢在课题研究期间本研究室柳伟副教授、张雷老师、杜艳霞老师、陈迎峰老师以及李红老师在学术及生活上给予的指导和帮助！感谢本研究室杨建炜博士、陈泰辉硕士、覃慧敏硕士、刘佳硕

5、士、秦洁硕士等在试验研究和论文写作过程中给予的指导和帮助！感谢本研究室的其他同学（包括博士和硕士研究生）在科研工作和学术生活中给予的积极配合和帮助！-I-北京科技大学硕士学位论文摘要弄清有机分子在铁表面的吸附行为，对于揭示有机胶粘剂的粘接机理、研究有机缓蚀剂的缓蚀机理至关重要，但由于吸附行为发生在界面且为一动态演变过程，很难通过试验方法来表征。本文借助分子动力学、量子化学等方法，利用计算机模拟硅醇、苯并咪唑在铁表面的吸附，并利用粘接强度、缓蚀效率等试验结果验证模拟的准确性。本文分为两部分内容：一是利用分子动力

6、学模拟，分别研究了硅醇溶液在铁和氧化亚铁表面的吸附，通过对比吸附构型、吸附能，揭示铁表面氧化处理提高胶粘剂粘接强度的微观机理。二是利用量子化学计算，预测五种苯并咪唑缓蚀剂缓蚀效率的排序；利用分子动力学模拟，研究上述缓蚀剂的吸附构型、吸附能和与铁表面可能的键合状况，综合两种方法得出的信息，可以较为准确地预测缓蚀效率。本文利用三层结构模型，即Fe或FeO层/硅醇和甲醇溶液可移动层/甲醇溶液限制层，研究了γ-丙氧基丙基三甲氧基硅醇在由可移动层底部与Fe或FeO层的顶部构成的液/固界面的吸附行为。选择NVT正则系综、

7、Andersen恒温器进行分子动力学模拟。结果表明：γ-丙氧基丙基三甲氧基硅醇与氧化亚铁的相互作用强于与铁表面的相互作用，γ-丙氧基丙基三甲氧基硅醇倾向垂直吸附于氧化亚铁表面而平行吸附于铁表面。说明铁表面经过发蓝（氧化膜）/硅烷组合处理可以有效地提高环氧树脂/钢界面的粘接强度，这与实验结果一致。本文利用量子化学(QM)中的密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法，选用6-31G*基组对五种苯并咪唑类缓蚀剂（苯并咪唑(BIM)，2-丙基苯并咪唑(2-PBIM)，2-戊基苯并咪唑(2-ABIM)，2-己基苯并咪唑(

8、2-HBIM)以及2-对氯苄基苯并咪唑(2-Cl-BBIM)）的重原子的电荷分布、对前线轨道的贡献以及Fukui指数进行了计算，指出了在中性条件以及酸性条件下缓蚀剂的反应活性位点，并得到了前线轨道能量（EHOMO、ELUMO）、化学硬度η等量子化学参数，分析了量子化学参数与缓蚀效率的关系。结果表明：经几何全优化后，苯环和咪唑环均共面，形成了大共轭π键，咪唑环上的两个N原子是最主要的亲核反应活性点。最