铜表面三唑类缓蚀膜的点击组装及缓蚀性能研究

发布时间：2020-01-23 19:52

【摘要】：铜及其合金具有良好的导电、导热和机械加工性能,在众多工业领域得到应用。铜在含有Cl-等侵蚀性离子的溶液中容易受到腐蚀,并能造成巨大的经济损失和安全隐患。缓蚀剂作为一种经济有效的防腐蚀方法,被广泛的应用在金属的腐蚀防护上。而缓蚀自组装技术是将缓蚀剂按设定方式修饰在金属表面,能在金属表面起到钝化作用,是自组装技术最具实用化的发展方向之一。点击化学反应具有模块化、高产率、条件温和等特点。本文采用自组装与点击化学相结合的方法,利用铜表面腐蚀产生的一价铜离子原位点击组装生成三氮唑缓蚀膜。本文主要采用电化学方法和表面分析技术对单一物质的自组装和点击组装的性能进行了研究,然后探究了环境因素对点击组装的影响和点击合成三氮唑的自组装研究,最后利用量子化学和理论计算分析并构建了点击组装的缓蚀机理模型。主要结果如下:1、考察了三种单一物质(包括一种叠氮TA和两种炔BTO、MBY)对铜自组装的缓蚀效果。结果表明三种物质的自组装膜均存在缓蚀效率的峰值,大小顺序为MBYBTOTA,缓蚀效率分别为92.0%,91.5%和56.8%。2、利用两种点击组装方法(两步点击组装和一步点击组装)在铜表面点击组装了三氮唑缓蚀膜。结果表明两种方法点击组装的缓蚀剂膜均具有良好的缓蚀效果,红外光谱结果表明在铜表面成功点击组装了三氮唑缓蚀膜。从点击组装的方法来看,一步点击组装的效果比两步点击组装的效果好;从不同物质的点击组装看,TA与MBY的点击组装效果比TA与BTO的点击组装效果好。在一步点击组装中,当MBY 0.5 mM+TA 0.5 mM时,缓蚀效率达到最大值为99.4%。3、探究了两种环境因素对点击组装的影响:组装溶液中NaCl的影响和外加Cu(I)的影响。通过分析可知,点击组装的核心是活化一价铜离子的存在,组装溶液中的Cl-主要起活化和稳定铜表面一价铜离子的作用。4、通过对合成三氮唑的自组装研究和理论计算,探究了点击组装膜的形成机制和缓蚀机理。点击组装主要是利用活化的一价铜离子催化溶液中的叠氮和炔生成三氮唑吸附在铜表面起缓蚀作用。通过量子化学和分子动力学模拟结果可知,点击生成的三氮唑吸附位点主要为三唑环和缓蚀剂分子上的氧原子。吸附位点通过与铜离子结合形成配合物,吸附在铜表面形成缓蚀组装膜。MBY和BTO分别与TA点击组装缓蚀膜的差异主要是由于MBY分子上的两个甲基对三唑环有供电子效应,促进了三唑环的稳定性和在铜表面的吸附能力。
【图文】：

单一物质,分子结构式,铜电极

图 2-1 三种单一物质的分子结构式：(a) TA; (b) BTO; (c) MBY部分实验材料和药品纯铜片(99.9%)，环氧树脂封装，工作面积为 0.5 cm-1；腐蚀体系为 3w子水配制。TA、BTO 和 MBY 均为分析纯化学试剂，由阿拉丁试剂剂均为分析纯。自组装方法在组装前经过800#、1200#和2000#目数的砂纸逐级打磨抛光，最后用次冲洗，氮气吹干。将打磨好的电极分别浸泡在含有不同浓度 TA无水乙醇组装液中 1h。然后将组装好的铜电极用去离子水冲洗，去的组装分子，用氮气吹干。最后将处理好的铜电极浸泡在 3%的 Na达到开路稳定并测试电化学性能。

缓蚀膜,铜电极,电化学,溶液

上海电力学院硕士学位论文18图2-3 组装和未组装TA缓蚀膜的铜电极在3%NaCl溶液中浸泡1h后的电化学结果：(a) Nyquist图；(b) Bode 图由图 2-3 可见，高频区表现为容抗弧，容抗弧的直径值代表电荷转移电阻的大小，值越大腐蚀速率越慢，值越小腐蚀速率越快；与高频区不同，低频区均出现了 Warburg阻抗。Warburg 阻抗的存在是因为铜表面溶解氧的传输或者 Cl-透过组装膜腐蚀铜表面引起的[11-12]。在组装了不同浓度的 TA 缓蚀膜后，所有阻抗谱曲线的形状均未发生改变，说明铜表面的腐蚀机理并未发生改变。同时，阻抗弧的半径随着 TA 组装浓度的增加变化的很小，，说明单一 TA 对铜的缓蚀效果并不好。从 Bode 图中也可以看出，组装了 TA 后，相位图未发生明显变化。由 Bode 图可以看出
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

【参考文献】