吸电子基团对5-羟色胺衍生物缓蚀性能的增效机理

目的减缓碳钢在盐酸(HCl)溶液中的腐蚀,揭示吸电子基团(羧基)增效5-羟色胺缓蚀性能的机理。方法采用动态质量损失、动电位极化曲线与电化学阻抗谱(EIS)考察1 mol/L盐酸(HCl)溶液中5-羟色胺(5-HT)与5-羟色氨酸(5-HTP)对20#钢的缓蚀性能。通过吸附等温拟合,明确两种物质在碳钢表面的吸附行为本质。借助形貌观察,验证5-HT与5-HTP对碳钢的缓蚀性能。基于密度泛函理论(DFT),计算并比较两种物质的差分电荷密度。结果 5-HT与5-HTP均可有效减缓20#钢在1 mol/L HCl溶液中的腐蚀速率,缓蚀率与添加浓度和环境温度密切相关。298 K下添加1 mmol/L 5-HT与5-HTP时,缓蚀率分别达到92.19%与95.76%。极化曲线结果显示,向腐蚀介质中加入两种物质后,腐蚀电流密度均降低。EIS结果表明,添加5-HT与5-HTP后,界面电荷转移电阻得到提升。两种物质在碳钢表面的吸附符合Langmuir等温吸附模型。对比动力学与阻抗参数发现,HCl溶液中,5-HTP对20#钢的缓蚀性能优于5-HT。DFT计算结果显示,5-HT质子化位点呈缺电子状态,而质子化5-HTP的电子密度均匀分布于整个分子骨架。结论羧基的吸电子效应可促进5-HTP分子中富电子区域将盈余电荷流入质子化位点,从而使电子密度均匀分布于分子骨架。均匀的电子密度分布有利于5-HTP以平行构型吸附于碳钢表面,最大限度覆盖活性位点,并高效缓蚀。