水分子和锌离子在针铁矿(010)晶面上吸附及咪唑啉衍生物的结构与缓蚀性能关系的理论研究
针铁矿是环境中广泛分布并具有活性的矿物。污染物的迁移会受到针铁矿吸附和还原作用的强烈影响。对针铁矿-水界面的理解对在分子层面测定吸附和还原反应的机理起着关键的作用。为了解针铁矿.水界面的相互作用机理，进行了水分子在针铁矿Pnma(010)晶面上的结合式和水解式吸附的详细研究，并找到了水解的一个可行的反应途径。本论文采用周期性边界条件的密度泛函理论研究了针铁矿体相和研究很少的Pnma(010)晶面，特别是水分子在此晶面的不同覆盖度条件下的吸附行为。低覆盖度和中覆盖度的水分子在表面具有相似的解离过程，反应都行吸热反应并且反应的活化能很高。相反，高覆盖度时水分子在表面具有相似的解离是放热反应并且反应的活化能很低。因此，吸附水分子层的形成致使水分子的解离自发发生。
本文在水分子在针铁矿(010)晶面上半解离式吸附的基础上研究了Zn(OH)42-在针铁矿(010)湿表面的吸附构型，得到了Zn(OH)42在吸附前和吸附后的键长变化规律，研究发现，当Zn(OH)42-通过公用O原子在针铁矿表面发生吸附时，平均Zn-bridgeO键长与自由Zn(OH)42-中的平均Zn-O键长相比有增长趋势，而平均Zn-O键长则有缩短趋势，有个别情况例外。并得到各种吸附构型的相对稳定性顺序，Zn在针铁矿(010)晶面上以Zn(OH)42-的形式发生化学吸附时，倾向于以双角DC2的吸附方式。各吸附构型的稳定性顺序为DC2> SE1>DC1>SC1>SC2。
本文采用Materials Studio对两种咪唑啉衍生物：3-氨乙基-2-十一烷基咪唑啉、氯化-3-(2,3-二羟基丙基)-3-氨乙基-2-十一烷基咪唑啉磷酸酯钠在Fe(001)晶面上的吸附构型进行分子动力学模拟，并用量子化学密度泛函理论(DFT)中的-B3LYP方法，在6-31G(d)基组水平上从微观角度上对两种咪唑啉衍生物的缓蚀性能与分子结构和电子结构的关系进行了研究。结果表明，两类咪唑啉衍生物类缓蚀剂分子能够通过咪唑啉环及杂原子与金属发生相互作用而牢固的吸附在金属表面，具有优良的缓蚀防腐的效果。分子动力学模拟结果显示，两类咪唑啉衍生物类缓蚀剂分子主要是通过咪唑啉环以及杂原子与金属表面发生相互作用，非极性烃基链与金属表面垂直。量子化学计算参数可以说明，两类咪唑啉衍生物类缓蚀剂分子的咪唑啉环及杂原子是与金属发生相互作用的活性部位，能够通过提供电子给Fe并接受Fe的3d轨道中的电子的双向作用而牢固的吸附在金属表面，起到延缓腐蚀的作用。
针铁矿;水分子;锌离子;化学吸附;缓蚀剂;分子动力学
中国海洋大学
硕士
应用化学
夏树伟
2009
中文
O647.32
77
2009-09-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）