重慶大學張勝濤教授課題組強玉傑博士Corros.Sci.：實驗與模擬方法協同研究四種離子液體對銅在硫酸中的緩蝕作用

【引言】

腐蝕問題遍及國民經濟的各個領域，給國民經濟帶來巨大的損失，據統計，我國因腐蝕造成的經濟損失每年高達五千億元。為了減少腐蝕造成的損失、科技工作者研究並開發了多種防腐蝕方法，其中，緩蝕劑技術由於具有良好的效果和較高的經濟效益，已成為防腐蝕技術中應用最廣泛的方法之一。近年來，隨著人類環境保護意識的增強和可持續發展的需要，一些毒性大、生物降解性能差的緩蝕劑的使用受到了越來越多的限制。因此，開發對環境不構成破壞作用的綠色緩蝕劑，已成為緩蝕劑研究的熱點。離子液體由於其綠色環保，穩定和可設計等特點符合綠色緩蝕劑的需求，吸引了許多腐蝕科技工作者的關注。因此，進一步探索開發離子液體在腐蝕防護領域的應用潛力，研究離子液體在金屬表面的吸附機理和緩蝕機制具有重要的科學意義。

【成果簡介】

近日，重慶大學張勝濤教授課題組強玉傑博士利用電化學實驗與形貌表徵首次探究了不同鏈長的咪唑基離子液體對銅在硫酸溶液中的緩蝕作用，並用分子模擬技術闡明了其緩蝕機制。該成果以「Experimental and theoretical studies of four allyl imidazolium-based ionic liquids as green inhibitors for copper corrosion in sulfuric acid」為題發表在Corrosion Science上。

【圖文導讀】

圖1：本文所研究的四種咪唑基離子液體緩蝕劑

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

圖2：銅在分別含有四種不同濃度的離子液體的0.5 M硫酸中的極化曲線測試

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

圖3：銅在分別含有四種不同濃度的離子液體的0.5 M硫酸中的交流阻抗測試

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

圖4：銅在分別0.5 M硫酸及含四種離子液體硫酸溶液中浸泡後的形貌表徵。

(a)銅在0.5M硫酸中浸泡8小時，銅在含有 5 mM (b) [AEIM]Br, (c) [ABIM]Br, (d) [AHIM]Br, (e) [AOIM]Br的0.5 M 硫酸中浸泡8小時。(f-j)為相應的高度圖。

圖5：四種離子液體在銅表面的朗格繆爾吸附模型

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

圖6：四種離子液體的幾何優化結構及軌道密度分布圖

圖7：四種離子液體在銅表面的吸附構型

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

【小結】

本研究實驗結果表明，四種離子液體都表現為較為溫和的陰極型緩蝕劑。隨著濃度和鏈長增加，其緩蝕效率增加。四種離子液體在銅表面都符合朗格繆爾吸附模型，且得出的吉布斯自由能值表明四種緩蝕劑都主要以化學吸附的形式與金屬基底相互作用。通過分子模擬方法得出四種離子液體都平行吸附在金屬銅表面，隨著鏈長增加，離子液體與金屬表面具有更高的吸附能，即更牢固地吸附在金屬表面。理論計算很好地驗證了實驗結果並為設計和開發新型離子液體緩蝕劑提供了理論指導。

本文由重慶大學化學化工學院張向陳李團隊投稿，材料牛編輯整理。

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