重庆大学张胜涛课题组强玉杰最新Corros. Sci.首次发现卤代作用对吲唑类化合物缓蚀性能的促进作用

【引言】

腐蚀问题遍及国民经济的各个领域，给国民经济带来巨大的损失，据统计，我国因腐蚀造成的经济损失每年高达五千亿元。为了减少腐蚀造成的损失，科技工作者研究并开发了多种防腐蚀方法，其中，缓蚀剂技术由于具有良好的效果和较高的经济效益，已成为防腐蚀技术中应用最广泛的方法之一。近年来，虽然各种各样的有机缓蚀剂相继问世，但是有机缓蚀剂作用机理特别是吸附机制和缓蚀机理的研究是较落后于缓蚀应用的，理论研究工作的滞后也成为了限制认识缓蚀剂作用原理和广泛应用的主要因素。这也使得传统的缓蚀剂研制方法是建立在猜测和大量实验筛选的基础之上，成本高，研发周期长，工作带有一定的盲目性。为此，设计开发新型有机缓蚀剂迫切需要理论指导，而对于卤素取代吲唑类缓蚀剂的研究在科研界尚为空白。

【成果简介】

近日，重庆大学张胜涛教授课题组强玉杰博士利用电化学实验对铜在3%氯化钠溶液体系中首次发现并探究了不同卤素取代对吲唑类化合物缓蚀性能的促进作用，并用形貌表征、组成分析、分子模拟等方法阐明了其作用机制。该成果以“Three indazole derivatives as corrosion inhibitors of copper in a neutral chloride solution”为题发表在Corrosion Science上。

【图文导读】

图1：本文所研究的三种卤代吲唑类缓蚀剂

图2：铜在分别含有三种不同浓度的卤代吲唑的3% NaCl溶液中的极化曲线测试

图3：铜在分别含有三种不同浓度的卤代吲唑的3% NaCl溶液中的交流阻抗测试

图4：铜在3% NaCl溶液及分别含三种缓蚀剂的3% NaCl溶液中浸泡后的形貌表征

(a)抛光的铜表面，(b)在3% NaCl中浸泡14天，分别在含有1 mM (c) 4-FIA, (d) 4-CIA, (e) 4-BIA的3% NaCl中浸泡14天。

图5：铜在3% NaCl溶液及分别含三种缓蚀剂的3% NaCl溶液中浸泡48h后的高度图

(a)抛光的铜表面，(b)在3% NaCl中，分别在含有1 mM (c) 4-FIA, (d) 4-CIA, (e) 4-BIA的3% NaCl中。

图6：三种卤代吲唑缓蚀剂在铜表面的朗格缪尔吸附模型

(a) 4-FIA, (b) 4-CIA, (c) 4-BIA.

图7：不同状态下铜表面的XRD表征

(a)抛光的铜表面，(b)在3% NaCl中，分别在含有1 mM (c) 4-FIA, (d) 4-CIA, (e) 4-BIA的3% NaCl中

图8：三种缓蚀剂的的轨道密度分布及静电势图

图9：三种卤代吲唑缓蚀剂在铜表面的吸附构型

(a) 4-FIA, (b) 4-CIA, (c) 4-BIA.

【小结】

本研究实验结果表明，三种卤代吲唑类缓蚀剂都表现为优异的混合型缓蚀剂。随着浓度增加，其缓蚀效率增加。三种缓蚀剂在铜表面都符合朗格缪尔吸附模型，且得出的吉布斯自由能值表明四种缓蚀剂都主要以化学吸附的形式与金属基底相互作用。与吲唑缓蚀剂对比，卤代吲唑类缓蚀剂显著提升了其缓蚀性能，且氯代吲唑展现了最优异的缓蚀效率。通过分子模拟方法得出四种卤代吲唑类化合物都平行吸附在金属铜表面，与单纯的吲唑相比，在金属表面具有更高的吸附能，即更牢固地吸附在金属表面。理论计算很好地验证了实验结果并为设计和开发新型卤代缓蚀剂提供了理论导。

文章链接：Three indazole derivatives as corrosion inhibitors of copper in a neutral chloride solution (Corros. Sci., 2017, DOI: 10.1016/j.corsci.2017.07.012)

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