缓蚀剂构效关系的量子化学研究

用量子化学半经验算法AM1方法,在6-31G基组水平上,对十二种N-芳基-α-氨基苄基膦酸缓蚀性能与分子结构的关系进行了研究,讨论了量子化学计算结果与缓蚀性能的关系。结果表明,这些缓蚀剂的缓蚀效率与分子的最高占据轨道能量EHOMO、氮原子的净电荷、苯环碳原子净电荷之间有很好的相关性,并讨论了缓蚀机理。     

含P有机缓蚀剂缓蚀性能的量子化学研究

通过PM3半经验量子化学计算，从微观的角度研究了甲基三苯基溴化、乙氧羰基-甲基三苯 基溴化、乙烯基三苯基溴化、(1,3-二氧戊环-2-甲基)三苯基溴化4种含P有机缓蚀剂 缓蚀性能和分子结构的关系，发现最高占位轨道能量EHOMO和苯环上的碳原子净 电荷有良好相关性.综合分析了轨道能级与电荷分布的情况，推测了可能的缓蚀机理为：有 机阳离子缓蚀剂首先在静电引力和范德华力的作用下吸附于金属表面，继而通过P原子的孤 对电子与苯环中的π电子的共轭作用与金属发生化学吸附作用，提高缓蚀效率.     

嘧啶类缓蚀剂对酸性介质中奥氏体不锈钢的缓蚀量化构效影响研究

目的使用基于密度泛函(DFT)的量子化学法,研究嘧啶类缓蚀剂的分子结构和在酸性介质中对碳钢的缓蚀效率之间的关系。方法通过计算前线轨道能量(最高占据轨道和最低空轨道)、电荷分布、绝对电负性(χ)、偶极矩(μ)和转移电子数(ΔN)等量化参数,确定与缓蚀效率之间的关系。结果DHPMs缓蚀剂的缓蚀效率随着EHOMO值的增大而提高,随着ELUMO值的减小而提高,随着前线轨道能级差值(ELUMO-EHOMO)的减小而提高,随着转移电子数ΔN增大而提高。含有N原子的区域最有可能失电子并吸附在金属铁表面活性位置。结论由于DHPMⅠ的嘧啶环供电子能力较强,致使DHPMⅠ比DHPMⅡ的缓蚀效率高。     

月桂酰缓蚀剂在柠檬酸介质中对Q235碳钢的缓蚀行为

采用失重法、电化学阻抗谱、极化曲线及量子化学计算研究了月桂酰两性基单乙酸钠在4.0%(质量分数,下同)柠檬酸溶液中对Q235碳钢的缓蚀行为。结果表明,月桂酰缓蚀剂具有较好的缓蚀效果,当其质量分数达到0.8%时,缓蚀率达到78.44%。电化学试验表明,该缓蚀剂在金属表面以吸附的形式形成一种覆盖膜,主要是以阳极抑制为主的混合型缓蚀剂。通过量子化学计算了缓蚀剂分子的LUMO、HOMO轨道能量,得出缓蚀剂羧基上的氧原子是吸附成膜的活性位点。     

苯并咪唑及其衍生物缓蚀性能的定量构效关系研究

用量子化学密度泛函理论（DFT）中的B3LYP方法,在6-31G*基组水平上计算了 20种苯并咪唑类缓蚀剂的6种量子化学参数,取其中16种缓蚀剂分子作为样本集对其缓蚀性能进行定量构效关系（QSAR）研究,通过回归分析筛选出影响缓蚀剂缓蚀性能的主要因素,建立了QSAR模型,并通过“Jackknife”法中的逐一抽取法检验模型。结果表明,最高占有轨道能量E_HOMO、总的负电荷TNC及疏水参数LogP对苯并咪唑类缓蚀剂的缓蚀性能有很大的贡献,经自由度校正的回归系数R_adj.=0.977,所得模型具有较高的稳定性。用4个预测集缓蚀剂分子对该模型的预测能力进行验证,结果显示该模型具有很好的预测能力。     

谷氨酸及其衍生物在304不锈钢表面的自组装膜

采用电化学阻抗谱、极化曲线、量子化学和分子动力学,研究了谷氨酸、焦谷氨酰胺、焦谷氨酸三种自组装膜在0.5 mol/L硫酸溶液中对304不锈钢的缓蚀性能.结果表明,三种缓蚀剂均为阴极型缓蚀剂,对不锈钢具有较好的缓蚀作用;在0.02 mol/L的浓度下,随着组装时间的延长,自组装膜对不锈钢的缓蚀效率也相应增强.它们的缓蚀能力与理论EHOMO越高、能量间隙△E越低.自组装分子成键能力越强、缓蚀效率越高相一致.三种缓蚀剂分子中的氮原子、氧原子可以与铁原子形成化学键,发生化学吸附.缓蚀能力依次为:焦谷氨酸＞焦谷氨酰胺＞谷氨酸.     

盐酸溶液中烷基咪唑啉对铜的缓蚀行为

采用了电化学阻抗、极化曲线和循环伏安等方法研究了2-十一烷基-N-羧甲基-N-羟乙基咪唑啉(UHCI)在5%HCl溶液中对铜的缓蚀行为。结果表明,UHCI对铜有明显的缓蚀作用,随着缓蚀剂浓度的增加,其缓蚀率增大,但当缓蚀剂质量浓度达到0.15%后,再增加缓蚀剂浓度,缓蚀效率不再提高;该缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,同时抑制了阴极还原和阳极氧化过程。量子化学计算结果表明,缓蚀剂分子主要通过O(14)提供电子与金属原子成键,在金属表面发生化学吸附。     

苯并咪唑衍生物缓蚀剂研究进展

概述了苯并咪唑衍生物缓蚀作用的研究现状、苯并咪唑衍生物和其他物质的协同效应及苯并咪唑衍生物缓蚀作用的量子化学研究,并对苯并咪唑衍生物缓蚀剂的发展前景进行了展望.     

双子表面活性剂对铜在氯化钠溶液中的缓蚀作用

缓蚀剂是阻止或延缓换热设备、石油开采及其他领域金属发生腐蚀,保护机械设备安全运行的一种行之有效、经济效益显著的技术手段。文中选用了一种新型季铵盐类双子表面活性剂作为缓蚀剂,运用失重实验、电化学实验、量子化学计算等多种方法测试了所选化合物在3.5%NaCl溶液中对铜的缓蚀性能,从理论上探讨了缓蚀剂分子与金属表面的作用方式。失重、电化学实验结果表明,缓蚀剂对铜有较好的缓蚀效果和较高的缓蚀效率,在100mg·L~(-1)时对铜的缓蚀效率达到93.9%。通过吸附模型以及量子化学模拟证明缓蚀剂符合Langmuir吸附等温模型,缓蚀剂分子的吸附机理为化学吸附。     

2-巯基苯并恶唑(MBO)在铜表面缓蚀膜研究

用ＡＥＳ、ＸＰＳ、ＦＴＩＲ 和原位（ｉｎ ｓｉｔｕ） 扫描隧道显微镜（ＳＴＭ） 等方法表征研究了在含氯化钠的２巯基苯并恶唑（ＭＢＯ） 溶液中铜样品表面所形成的缓蚀膜。研究结果表明,ＭＢＯ 是成膜型缓蚀剂,它在铜发生腐蚀的条件下,通过化学反应在铜表面形成不溶且致密的膜,从而起到缓蚀作用。其中的Ｓ和Ｎ 原子在缓蚀膜构成中起重要作用。     

N,N′-二苯基硫脲对Q235钢在酸性介质中的缓蚀作用及其与十二烷基磺酸钠的协同效应

用动电位扫描极化曲线、电化学阻抗法和量子化学法,研究了N,N′-二苯基硫脲（DPH-TU）在5%H_2SO_4介质中对Q235钢的缓蚀作用机理,及其与十二烷基磺酸钠（SDBS）的协同缓蚀效应结果表明N,N′-二苯基硫脲是一种缓蚀效果显著的混合型缓蚀剂.当DPH-TU和SDBS共存时呈现协同缓蚀效果,两者浓度比为1：1时...     

异恶唑衍生物缓蚀剂缓蚀性能的理论评价

采用量子化学计算和分子动力学模拟相结合的方法,对盐酸溶液中2-甲基-5-己基异恶唑、2-甲基-5-十二烷基异恶唑、2-异丙基-5-十二烷基异恶唑和2-叔丁基-5-十二烷基异恶唑4种异恶唑衍生物缓蚀剂抑制低碳钢腐蚀的缓蚀性能进行理论评价,并对其缓蚀机理进行分析。量子化学计算表明,4种缓蚀剂分子的前线轨道主要离域在分子头部的异恶唑环和侧链上,亲电反应活性中心为分子中的N、O原子。分子动力学模拟结果表明,液相条件下,异恶唑衍生物缓蚀剂的极性头部优先吸附于金属表面,而烷基长链在溶剂水的作用下背离金属表面,分子在表面的吸附强度随着头基侧链中甲基个数的增加而增强。理论评价结论与实验结果完全一致。     

异喹啉及羟基、羧基衍生物缓蚀作用的量子化学研究

用电化学方法实测了异喹啉及羟基、羧基两类取代衍 生物的缓蚀效率,并用HMO、CNDO方法进行量子化学计算.计算表明:随着N原子负的净电荷的 减小,缓蚀效率提高;随着异喹啉等分子的吡啶环负净电荷的增大,缓蚀效率增高.这些缓蚀 剂随着N原子自由价的增大,缓蚀效率降低;而随着吡啶环自由价之和的增加,缓蚀效率提高. 在HCl溶液中提出了这些缓蚀剂可能以平卧方式吸附于金属表面的吸附模型.     

酸化缓蚀剂的发展现状及展望

综述了国内外酸化缓蚀剂的应用现状及其发展动向，评价了油气田酸化作业中常用缓蚀剂的性能特征、适用范围和应用效果，并介绍了有机缓蚀剂量子化学研究.      

量子化学方法在缓蚀剂性能评价和机理研究中的应用

近年来,量子化学方法在缓蚀剂分子结构和缓蚀机理研究中得到了广泛应用。简要介绍了密度泛函理论、从头算法和半经验算法这三种基本量子化学计算方法,概述了量子化学方法在有机缓蚀剂研究中的应用现状,并对其在该领域的发展前景进行了展望。     

Thermodynamic, electrochemical and quantum chemical investigation of some Schiff bases as corrosion inhibitors for mild steel in hydrochloric acid solutions

The corrosion inhibition of mild steel in 1.0 M HCl solution by four Schiff bases was investigated using weight loss and electrochemical measurements and quantum chemical calculations. All compounds showed >90% inhibition efficiency at their optimum concentrations. The activation energy (E_a) of corrosion and other thermodynamic parameters were calculated to elaborate the mechanism of corrosion inhibition. The adsorption of the inhibitors on the mild steel surface follows Langmuir isotherm model. Polarization studies indicated that all studied inhibitors are mixed type. The computed quantum chemical properties viz., electron affinity (EA) and molecular band gap (ΔE_MBG) show good correlation with experimental inhibition efficiencies.     

Effect of substituents on the inhibitive properties of newly synthesized 5-benzoyl-4-methyl-1,3,4,5-tetrahydro-2H-1,5-benzodiazepin-2-one derivatives against mild steel corrosion in an acidic medium

Inhibition performance of three newly synthesized 1,5-benzodiazepine derivatives with 4-methoxybenzoyl (methoxyBBD), 3-methylbenzoyl (methylBBD), and 2-chlorobenzoyl (chloroBBD) groups was investigated against mild steel corrosion in 1 M hydrochloric acid. The potentiodynamic polarization, electrochemical impedance spectroscopy, and adsorption isotherms were used for characterization of the corrosion processes. Surface morphology was studied by scanning electron microscope (SEM). Quantum chemical calculations were carried out to establish the active sites of the inhibitors. The results show that the inhibitors inhibit mild steel corrosion and their inhibition efficiencies (IE) increase with the increase in concentration. The methoxyBBD shows a higher inhibiting effect with IE of 89.13% at 10⁻³ M, followed by methylBBD. All three inhibitors act as mixed-type inhibitors with predominant control of cathodic reaction for chloroBBD and their adsorption obeys Langmuir isotherm. The SEM analysis confirms the inhibitors' adsorption on the mild steel surface. The active sites of the inhibitors were effectively established using the density functional theory method on the basis of natural atomic charge, highest occupied molecular orbital, and the lowest unoccupied molecular orbital frontier molecular orbitals. The experimental and quantum results prove the inhibition performance trend of the inhibitors as follows: methoxyBBD > methylBBD > chloroBBD.     

苯腈类母体化合物缓蚀性能的量子化学计算

通过量子化学计算,从微观角度研究了苯甲腈、苯 乙腈、苯丙烯腈、异丙基苯乙腈等4种苯腈类母体化合物在HCl溶液中对碳钢的缓蚀机理和缓 蚀性能与分子结构的关系;并对2-苯基丁腈的缓蚀性能进行了理论预测,用失重法进行了验 证.结果表明,利用苯腈类母体化合物的缓蚀性能与分子结构关系,从理论上预测同类型其 它化合物的缓蚀性能是可行的.     

咪唑啉型缓蚀剂缓蚀机理的理论研究进展

咪唑啉及其衍生物是金属腐蚀缓蚀剂品种之一,相关研究十分活跃．本文从缓蚀剂分子构效关系的量子化学、缓蚀剂-金属界面体系的分子模拟和缓蚀剂分子在不同腐蚀介质中的缓蚀机理等方面的研究结果,综述了国内外有关咪唑啉型缓蚀剂的缓蚀作用机理及相关分子模拟的研究进展情况,探讨了其发展方向．