重庆大学张胜涛教授课题组强玉杰博士Corros. Sci.: 实验与模拟方法协同研究四种离子液体对铜在硫酸中的缓蚀作用

【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，随着人类环境保护意识的增强和可持续发展的需要，一些毒性大、生物降解性能差的缓蚀剂的使用受到了越来越多的限制。因此，开发对环境不构成破坏作用的绿色缓蚀剂，已成为缓蚀剂研究的热点。离子液体由于其绿色环保，稳定和可设计等特点符合绿色缓蚀剂的需求，吸引了许多腐蚀科技工作者的关注。因此，进一步探索开发离子液体在腐蚀防护领域的应用潜力，研究离子液体在金属表面的吸附机理和缓蚀机制具有重要的科学意义。

【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与形貌表征首次探究了不同链长的咪唑基离子液体对铜在硫酸溶液中的缓蚀作用，并用分子模拟技术阐明了其缓蚀机制。该成果以“Experimental and theoretical studies of four allyl imidazolium-based ionic liquids as green inhibitors for copper corrosion in sulfuric acid”为题发表在Corrosion Science上。

【图文导读】

图1：本文所研究的四种咪唑基离子液体缓蚀剂

(a) [AEIM]Br, (b) [ABIM]Br, (c) [AHIM]Br, (d) [AOIM]Br.

图2：铜在分别含有四种不同浓度的离子液体的0.5 M硫酸中的极化曲线测试

(a) [AEIM]Br, (b) [ABIM]Br, (c) [AHIM]Br, (d) [AOIM]Br.

图3：铜在分别含有四种不同浓度的离子液体的0.5 M硫酸中的交流阻抗测试

(a)[AEIM]Br, (b) [ABIM]Br, (c) [AHIM]Br, (d) [AOIM]Br.

图4：铜在分别0.5 M硫酸及含四种离子液体硫酸溶液中浸泡后的形貌表征。

(a)铜在0.5M硫酸中浸泡8小时，铜在含有 5 mM (b) [AEIM]Br, (c) [ABIM]Br, (d) [AHIM]Br, (e) [AOIM]Br的0.5 M 硫酸中浸泡8小时。(f-j)为相应的高度图。

图5：四种离子液体在铜表面的朗格缪尔吸附模型

(a)   [AEIM]Br, (b) [ABIM]Br, (c) [AHIM]Br, (d) [AOIM]Br.

图6：四种离子液体的几何优化结构及轨道密度分布图

图7：四种离子液体在铜表面的吸附构型

(a)   [AEIM]Br, (b) [ABIM]Br, (c) [AHIM]Br, (d) [AOIM]Br.

【小结】

本研究实验结果表明，四种离子液体都表现为较为温和的阴极型缓蚀剂。随着浓度和链长增加，其缓蚀效率增加。四种离子液体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。通过分子模拟方法得出四种离子液体都平行吸附在金属铜表面，随着链长增加，离子液体与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离子液体缓蚀剂提供了理论指导。

文献链接：Experimental and theoretical studies of four allyl imidazolium-based ionic liquids as green inhibitors for copper corrosion in sulfuric acid(Corros. Sci., 2017, DOI: https://doi.org/10.1016/j.corsci.2017.02.021)

本文由重庆大学化学化工学院张向陈李团队投稿，材料牛编辑整理。

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