植酸類環境友好金屬緩蝕試劑自組裝單層構效關係研究

《植酸類環境友好金屬緩蝕試劑自組裝單層構效關係研究》是依託上海師範大學，由楊海峰擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：植酸類環境友好金屬緩蝕試劑自組裝單層構效關係研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊海峰
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

植酸類化合物是種環境友好、無毒、價格低廉的金屬綠色緩蝕劑。本項目擬通過分子自組裝技術，對鋅、鐵、鎳及其銅合金表面進行植酸及其鹽（植酸鈉、植酸鎂和植酸鈣等）的單層修飾。利用超靈敏的表面增強拉曼散射（SERS）技術、拉曼化學成像(Raman mapping)技術以及其它表面表征技術，系統觀察植酸及其鹽分子的組裝過程，並結合密度泛函振動計算和拉曼表面增強選律，從分子水平解析膜結構，並最佳化組裝條件。利用腐蝕電化學測量技術（交流阻抗、塔菲爾極化曲線測定），獲得金屬表面植酸類組裝層的緩蝕機理和緩蝕效率；原位光譜電化學技術觀察膜電脫附過程，了解膜穩定性；從而揭示膜構效關係的物理化學機制。植酸分子有六個非共平面的磷酸酯鍵，能以多種方式在金屬表面吸附，有望用於改善銅雜氮環緩蝕試劑由塗層缺陷而引發的點腐蝕。通過套用SERS、Raman mapping 和電化學技術，觀察植酸共吸附方式，評價其抗銅點腐蝕的性能。

結題摘要

以4-氨基安替比林（4-AAP）、2-氨基-5-（4-吡啶）-1,3,4噻二唑（4-APTD）、5－羥基色胺（5－HT）等環境友好分子為模型分子，建立了包含金屬電極的前處理方法、表面增強拉曼散射（SERS）光譜技術、原位拉曼光譜電化學、交流阻抗譜技術、電化學極化曲線法、密度泛函理論（DFT）量化計算和Langmuir吸附等溫線法等在內的系統研究方法，以期揭示分子在金屬表面吸附的行為與其緩蝕性能的關係。以銅為基礎電極，通過上述系統研究方法，發現甲基咪唑（MMI）分子以傾斜構型通過S6 和 N2原子吸附，自組裝成緊密有序的單分子層，有出色的抗腐蝕性能。在原位拉曼散射光譜電化學實驗中，MMI分子在銅電極表面存在吸附中間態，這也有助於膜的穩定；拉曼光譜表明4-APTD分子以C2， N3和N12原子為位點以斜躺方式吸附在銅表面，交流阻抗解析發現電子轉移電阻增大一個數量級。在pH＝2.85條件下，半胱氨酸在銅表面有多採用順式吸附構型，該膜在鹽溶液中有最優的緩蝕性能。對於植酸及其鹽的研究，獲得了以下結論：（1）在鐵表面進行多步組裝形成的植酸納修飾層，在鹽溶液介質中有更佳的緩蝕性能；（2）SERS光譜表明植酸分子在銅表面以2個磷酸根呈單層化學吸附，並符合Langmuir吸附等溫線，在3％的NaCl溶液中，緩蝕效率可大於80％；（3）植酸與碘離子的共存吸附機理是碘離子先吸附、植酸後吸附，構築了穩定的雙層膜，在硫酸介質中，表現出協同抗腐蝕性能，緩蝕效率優於90％；（4）電化學極化曲線表明植酸鈣分子是混合型緩蝕分子，SERS光譜發現其以P-O鍵在銅上形成的單層膜，在3％NaCl溶液中緩蝕效率大於92％。 上述工作發表了9篇學術論文，另完成3篇論文的寫作，其中已投稿並修改，培養了7名碩士研究生，形成了系列的研究方法，基本完成了預定的研究目標。但是關於在鋅表面的植酸分子吸附觀察，由於電極預處理遇到的技術困難，尚未有明確的實驗結果，特別是拉曼光譜實驗進展不大，研究有待後續深入。