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酞菁化合物、黄连提取物对碳钢的缓蚀作用及其量子化学研究

赵澎

  本文通过失重测试,电化学测试,表面分析(扫描电子显微镜和 X 射线能谱仪)以及量子化学计算等方法,研究了无金属酞菁(metal-free phthalocyanine,H2Pc)、镁酞菁(magnesium phthalocyanine,MgPc)、铜酞菁(copper phthalocyanine,CuPc)和铜酞菁四磺酸钠盐(copper phthalocyanine tetrasulfric tetrasodium salt,CuPc.S4.Na4)在 1mol/L HCl 中对碳钢的缓蚀作用。303K 下失重测试结果表明在1mol/L HCl 中酞菁化合物对碳钢的缓蚀作用以下次序依次减小:CuPc.S4.Na4 > CuPc > H2Pc > MgPc,其中浓度为 10-3mol/L 的 CuPc.S4.Na4 的缓蚀效率为 93%,表现出优良的缓蚀能力。在吸附模型上,CuPc.S4.Na4的失重数据与 Flory-Huggins和 El-Award 吸附等温式的拟合较好,反映了酞菁化合物分子的吸附中心多,有效吸附面积大的特征。动电位极化曲线测试表明,这些酞菁化合物对阳极和阴极过程都产生抑制。在电化学阻抗谱上,这些化合物的主要电化学过程表现为一个容抗弧,对不同的酞菁化合物一些阻抗图细节有所不同。随着浓度的增加,其电荷迁移电阻 Rct 数值增大。扫描电子显微镜和能谱(SEM/EDS)分析表明受到酞菁化合物缓蚀作用的碳钢表面的特征是腐蚀产物少和氧化产物含量低,表明了缓蚀剂吸附层对碳钢表面的保护作用。量子化学从头算方法优化的空间构型显示这些酞菁化合物主要是平面或近似平面结构,原子的 Mulliken 分析指出这些酞菁分子中的负电荷主要集中于 N 原子上,这有利于其在碳钢表面的吸附。对不同酞菁化合物,其缓蚀能力与随着最低空轨道能量(ELUMO)的降低而升高,这与当前广泛研究的含氮杂环类缓蚀剂不同,其主要原因是酞菁分子的大环共轭体系的离域程度高且对称性好,而 CuPc.S4.Na4中的磺酸基的存在也使其轨道能量和密度分布发生变化,降低了最高占据轨道的密度而增强了最低空轨道密度。量子化学优化的吸附体系能量表明了酞菁分子在 Fe 表面吸附的热力学自发性以及体系能量降低与缓蚀作用的关系;同时对比了各种不同近似方法对计算酞菁大分子的量化参数的准确程度,证明了 DFT 方法的效果最好,半经验算法中 ZINDO 算法在优化构型上有相对较好的准确性。本研究表明水溶性好的酞菁化合物有良好的缓蚀作用,并总结了其分子结构和量子力学性质与缓蚀能力的关系,本论文的结果……   
[关键词]:酞菁化合物;黄连提取物;电化学;扫描电子显微镜和能谱仪;量子化学;缓蚀剂
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中国科学院研究生院(海洋研究所)2005年
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