薄层液膜下分子自组装型气相缓蚀剂作用行为与缓蚀机理研究

分子自组装型气相缓蚀剂通过在金属表面吸附并定向自发地形成自组装膜，从而抑制气相环境下薄层电解质液膜导致的电化学腐蚀。由于气相环境中存在薄层液膜时，缓蚀剂的组装、扩散、对电极动力学及腐蚀电化学行为的影响均有别于体相溶液环境，使得分子自组装型气相缓蚀剂的作用机理具有特殊性。本项目将原子力显微镜与电化学手段结合，原位研究薄层液膜存在时分子自组装型气相缓蚀剂的自组装过程、自组装膜的相关力学性能以及对金属腐蚀电化学行为的影响；同时采用扫描开尔文探针显微镜技术揭示金属表面电势分布、微区阴阳极变化情况；结合表面增强拉曼光谱考察缓蚀剂自组装膜吸附特征；利用量子化学计算，进一步从理论上分析缓蚀剂的作用行为并阐明几种分子自组装型气相缓蚀剂的构效关系。项目的研究有助于在分子层次深入揭示分子自组装型气相缓蚀剂的作用机理，进一步丰富缓蚀剂理论，并在一定程度上对气相缓蚀剂的设计、开发具有指导意义。

分子自组装型气相缓蚀剂通过在金属表面吸附并定向自发地形成自组装膜，从而抑制气相环境下薄层电解质液膜导致的电化学腐蚀。由于气相环境中存在薄层液膜时，缓蚀剂的组装、扩散、对电极动力学及腐蚀电化学行为的影响均有别于体相溶液环境，使得分子自组装型气相缓蚀剂的作用机理具有特殊性。本项目将扫描探针显微镜、电化学测试手段、表面分析技术等结合起来，研究薄层液膜下分子自组装型气相缓蚀剂的作用机理，取得了较大进展。首先，建立了薄层液膜下气相缓蚀剂的电化学评价装置及基于扫描探针显微镜的气相缓蚀剂原位研究方法，建立的装置可以在分子层次研究缓蚀剂的吸附与作用行为，且数据重现性好、准确度高；其次，阐明了多种气相缓蚀剂的作用机制，如揭示了丙炔醇导致不锈钢开裂的原因：丙炔醇可以抑制阴极氢原子转化为氢气的反应，导致氢致开裂，阐明了苯并三氮唑对早期铜腐蚀的抑制机理：在早期腐蚀过程中，BTA在铜表面腐蚀缺陷部位与亚铜结合，形成多聚复合膜，在非缺陷部位BTA与铜原子结合形成单分子吸附膜；提出铜在未除氧的含有缓蚀剂的胶束溶液中组装得到的缓蚀膜比在除氧的溶液中得到的缓蚀膜性能更好：在未除氧的胶束溶液中，CTAB能与亚铜离子结合，并有效地填充到自组装膜的缺陷部位，提高了自组装膜的保护效果；第三，通过量子化学计算获得了性能良好的气相缓蚀剂—炔丙胺，并阐明了其作用机理：炔丙胺通过在碳钢表面形成导电性聚合膜，从而抑制碳钢的气相腐蚀，通过对多种植物提取液进行研究，获得了缓蚀性能良好的铜植物型气相缓蚀剂—大蒜提取液，并阐明了其缓蚀机理：大蒜提取液中的含硫化合物通过硫元素同铜原子结合，从而覆盖在铜表面，起到缓蚀作用。另外，我们还探讨了大气中二氧化碳含量对大气腐蚀的影响及电磁场存在下气相缓蚀剂的作用行为，发现大气腐蚀速率随着二氧化碳含量的增加而增大，电场会导致气相缓蚀剂发生定向迁移，从而使得气相缓蚀剂无法在整个金属表面发挥作用。我们还出版了一本有关缓蚀剂的专著，该专著被较多读者阅读，使大家受益。