苯并咪唑類緩蝕劑緩蝕機(jī)理的理論研究.pdf

1、采用量子化學(xué)計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合的方法系統(tǒng)研究了苯并咪唑、2-甲基苯并咪唑、2-氨基苯并咪唑和2-巰基苯并咪唑等4種緩蝕劑分子的結(jié)構(gòu)特征、在金屬表面的吸附過程以及腐蝕介質(zhì)在分子膜中的擴(kuò)散行為，并結(jié)合分子抑制HC1對(duì)碳鋼腐蝕的性能進(jìn)而分析其緩蝕作用機(jī)理，為設(shè)計(jì)開發(fā)新型有機(jī)緩蝕劑提供理論指導(dǎo)。 采用密度泛函理論中的B3LYP方法，應(yīng)用PCM模型，在6-31G*基組水平上對(duì)研究分子進(jìn)行幾何優(yōu)化，并在同一基組水平上計(jì)算分子的全局變

2、量和局部變量等參數(shù)，以分析分子的反應(yīng)活性和構(gòu)效關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明，4種分子均為存在共軛體系的平面分子，其中2-巰基苯并咪唑具有較強(qiáng)的反應(yīng)活性，其S原子為主要的吸附中心。2-氨基苯并咪唑官能團(tuán)和咪唑環(huán)上含有雙鍵的N原子為兩個(gè)親電攻擊中心，可在金屬表面形成雙中心吸附，對(duì)于其它2種分子，其反應(yīng)活性區(qū)域主要集中在苯并咪唑環(huán)上。通過分子的構(gòu)效關(guān)系分析，分子的最高占有軌道能量(EHOMO)越大，其緩蝕性能越好，分子的能帶(ΔE)、硬度(η)、偶極距

3、(μ)越大，其緩蝕性則反之。為了進(jìn)一步闡明2-巰基苯并咪唑緩蝕作用機(jī)理，運(yùn)用Material Studio4.0軟件中的Dmol3模塊研究了2-巰基苯并咪唑在金屬Fe表面上的吸附、電荷分布和態(tài)密度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并通過實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)定此分子對(duì)A3鋼在6％濃度鹽酸腐蝕環(huán)境中的緩蝕性，其空心吸附為主要的吸附方位，分子與Fe形成配位鍵，抑制Fe的電子轉(zhuǎn)移。其緩蝕效率達(dá)94.8％，在0.05％-0.1％濃度段緩蝕率最高，根據(jù)塔菲爾曲線得出2-巰基苯并

4、咪唑是一種陰極保護(hù)型緩蝕劑，這與理論計(jì)算一致。 運(yùn)用分子模擬軟件Material Studio 4.0軟件中的Discover模塊，在NVT系綜和COMPASS力場(chǎng)下，分別研究4種苯并咪唑類緩蝕劑分子在真空、水介質(zhì)兩種環(huán)境下的單分子吸附和C1-、H+在分子膜中的擴(kuò)散行為。結(jié)果表明，真空中4種分子的吸附主要為平行吸附，其與Fe面的吸附能越大，緩蝕效率越好，在水介質(zhì)環(huán)境中，水對(duì)分子的吸附方位影響很大，2-巰基苯并咪唑以其S原子為主要