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【6h】

中性介质中嘌呤衍生物抑制铜腐蚀的作用机制研究

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摘要

缩写与符号说明

1.1 引言

1.2 缓蚀剂概述

1.3 缓蚀剂作用机理

1.3.1 无机缓蚀剂作用机理

1.3.2 有机缓蚀剂作用机理

1.4 缓蚀剂的研究方法

1.4.1 重量法

1.4.2 电化学方法

1.4.3 形貌观察法

1.4.4 谱学分析法

1.4.5 量子化学法

1.5 铜腐蚀机理及缓蚀剂

1.5.2 铜缓蚀剂的研究现状

1.6 本论文的研究意义、目的及研究思路

1.6.1 本论文的意义和研究目的

1.6.2 研究思路

参考文献

2.1.1 电极材料

2.1.2 腐蚀介质及缓蚀剂

2.2 仪器和试剂

2.2.1 实验仪器

2.2.2 实验试剂

2.3 实验方法

2.3.1 电化学测试

2.3.2 SEM

2.3.3 XPS

2.3.4 量子化学计算

第三章 NaCl溶液中嘌呤衍生物对铜的缓蚀作用及机理研究

3.1 电化学测试

3.1.1 动电位极化曲线

3.1.2 电化学阻抗谱

3.2 铜表面形貌分析

3.3 XPS测试

3.4 本章小结

参考文献

第四章 SO42-介质中嘌呤衍生物对铜腐蚀抑制作用的电化学及量子化学研究

4.1 电化学测试

4.1.1 动电位极化曲线

4.1.2 电化学阻抗谱

4.2 SEM测试

4.3 量子化学理论研究

4.4 本章小结

参考文献

第五章 腺嘌呤对铜缓蚀作用的“构-效”关系研究

5.1 电化学测试

5.1.1 动电位极化曲线

5.1.2 电化学阻抗谱

5.2 表面形貌分析

5.3 吸附热力学研究

5.4 量子化学计算

5.5 XPS测试

5.6 本章小结

参考文献

总结论

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

铜具有良好的机械、力学、电学及耐蚀性能,在机械、国防、电力、化学等工业领域获得了广泛的应用。但在某些环境下,如含氧的水、氧化性酸以及含Cl-、SO42-等离子的溶液中,铜依然会发生较严重腐蚀。添加缓蚀剂可以有效抑制铜的腐蚀,这种方法不改变金属的物理化学性质,而且经济速效,操作简便,在腐蚀防护领域得到广泛的应用。目前环境问题日益突出,人类环保意识逐渐增强,对缓蚀剂的开发和应用提出了新的要求,环境友好型缓蚀剂成为未来缓蚀剂的发展方向。嘌呤类物质不仅含有丰富N和π键,而且毒性小,可生物降解,易于合成,价格低廉,对其作为缓蚀剂的研究具有重要意义。
  本论文用传统电化学方法(动电位极化、电化学阻抗)辅以扫描电子显微镜研究了0.5 M NaCl溶液和0.5 M Na2SO4溶液中6-苄氨基嘌呤(6-BA)、6-氯鸟嘌呤(6-CG)、6-巯基嘌呤(6-MP)和腺嘌呤(AD)等四种嘌呤衍生物对铜腐蚀的抑制作用,分析了不同取代基对缓蚀性能的影响并讨论了原因。借助X射线光电子能谱分析了试样表面化学组成,提出了缓蚀剂吸附模型。用量子化学理论确定了缓蚀剂潜在吸附位点,分析了缓蚀性能与量子化学参数的关系。
  主要工作如下:
  1.电化学测试
  采用传统电化学方法(动电位极化、电化学阻抗)研究了0.5 M NaCl溶液和0.5 M Na2SO4溶液中6-BA、6-CG、6-MP和AD对铜的缓蚀作用,结果表明,这四种嘌呤衍生物均有良好的缓蚀性能。动电位极化实验结果显示,6-BA、6-CG、6-MP和AD同时明显降低了阴阳极的腐蚀电流密度,属于混合型缓蚀剂。电化学阻抗实验结果表明,这四种物质增加了表面膜的稳定性,抑制了铜的腐蚀。
  2.热力学计算
  进行0.5 M NaCl溶液中AD在铜表面的吸附等温式拟合,结果显示,该条件下AD的吸附符合Langmuir吸附等温式模型,是自发的过程,且物理吸附和化学吸附共同作用。
  3.表面形貌分析
  用SEM观察表面形貌并进行对比分析。结果发现,未添加缓蚀剂的试样表面发生了明显的全面腐蚀,产生了许多腐蚀产物,表面变得非常粗糙。而添加缓蚀剂的试样腐蚀轻微,表面有少量的腐蚀产物。说明缓蚀剂能够在铜表面成膜,抑制了铜的腐蚀。
  4.表面元素检测
  铜试样表面元素用XPS进行测试。全谱扫描结果显示,浸泡后试样表面有N,证明了缓蚀剂的存在。窄区扫描得到了试样表面的化学组成。此外,根据元素的化学位移,推测出了缓蚀剂的吸附模式,提出了吸附模型:6-CG和AD以平铺的形式吸附在铜表面;6-BA的嘌呤基体和氨基部分也是以平铺的形式吸附,但是苄基部分没有吸附,而是伸入到腐蚀介质中;6-MP通过S和咪唑环内-N=以一定角度吸附在铜表面。
  5.量子化学计算
  采用密度泛函理论(DFT),在6-311+G(d)基组下,通过Gaussian03程序进行所有原子的理论计算,得到了相关的量子化学参数:分子优化结构及其骨架原子的Mulliken电荷分布、最高占据分子轨道能量(EHOMO)、最低未占据分子轨道能量(ELUMO)、能量差(△E)、分子偶极矩(μ)和电子转移数(△N)。确定了潜在的吸附位点,分析了缓蚀性能与量子化学参数的关系。

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