金属铜是一种重要金属材料,具有良好的导电、导热、可焊接性和优异的机械性能,并且性质相对较稳定使其被广泛应用到石油管道、海水管道、工业用水设备、海水淡化系统、热循环系统和相关的工业生产中。通常情况下铜的耐蚀性较好,但是在极端环境下,尤其是在大量氯离子存在的情况下,金属铜会产生严重的腐蚀,给生产生活带来巨大的损失甚至灾难。目前对于金属铜的腐蚀有多种应对措施,其中一种最有效的方法是使用有机化合物作为缓蚀剂。通常该类化合物包含的N、S、O原子以及芳环作为分子主要的吸附中心。然而,一些缓蚀剂价格相对昂贵,并且具有生物毒性,对环境产生一些危害。因此,环境友好型缓蚀剂成为未来研究发展的重点。本论文选用三种环境友好型缓蚀试剂研究其对金属的缓蚀。植酸钙(Phytic acid calcium,简称PAC)是一种天然、无毒的有机磷酸类化合物。广泛存在于谷物种子内。主要应用于食品、油脂、医药和日用化工等行业。植酸钙分子含有六个磷酸酯键,易与Zn2+,Fe2+,Cu2+和Mg2+等不同的金属离子结合。L-甲硫氨酸(Methionine,简称L–MTI)是人体的必需氨基酸,可用于防治慢性或急性肝炎、肝硬化等肝脏疾病。N-(2-巯基丙酰基)-甘氨酸(N-(2-Mercaptopropionyl)glycine,简称MPG)是一种新型含游离巯基的甘氨酸衍生物,可用于脂肪肝、酒精肝和重金属的解毒。这两种氨基酸的分子结构中都含有–S–H、–N–H、COO–官能团,它们作为分子的吸附中心能够与金属离子较好的结合,因此氨基酸及其氨基酸衍生物也是潜在的缓蚀剂。表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)具有高灵敏度的表面效应,能检测吸附在金属表面的单分子层或亚单分子层的分子,给出丰富的分子结构信息,便于探讨缓蚀剂分子与金属之间的相互作用。本文利用拉曼光谱、电化学阻抗谱(EIS)、动电位极化曲线、光学显微镜技术等技术探讨了缓蚀剂分子在金属表面的吸附行为和缓蚀性能的关系,运用相关的计算公式计算出缓蚀效率并对缓蚀机理进行探讨。研究成果如下:1.本章工作采用植酸钙作为缓蚀剂,金属铜电极在植酸钙溶液中,于不同的组装条件下形成植酸钙分子膜,采用电化学阻抗、极化和光谱方法系统的研究了在3 wt%Na Cl溶液中PAC分子膜在金属铜电极上面的组装条件,时间、浓度以及不同条件下的缓蚀效率。阻抗和极化曲线表明在3 wt%Na Cl溶液,最佳组装浓度和时间分别为10–3M、5h,最大缓蚀效率为92.5%。拉曼光谱表明植酸钙分子以P–O键P=O键吸附在金属铜的表面,并且遵循Langmuir等温吸附。通过计算0adsΔG可知这种吸附是化学吸附。2.本章工作亦采用3%Na Cl溶液作为腐蚀介质,研究了不同的p H、不同的组装浓度的甲硫氨酸溶液对铜缓蚀性能影响。电化学实验表明:当组装浓度为10–2M,p H 7时,具有最大的阻抗值、相角值和最小的腐蚀电流,甲硫氨酸对铜的缓蚀效率高达95%,并且缓蚀效率随着浓度的增加而增加。结合拉曼光谱分析可知甲硫氨酸分子化学吸附在铜的表面。3.本章工作探讨了氨基酸衍生物MPG分子对金属银的缓蚀,以此考察氨基酸衍生物用作缓蚀剂的可能性。在不同组装浓度、不同p H的条件下,主要研究了MPG分子膜的致密性与均匀性以及MPG分子在银电极表面的吸附构象。在p H 7时,MPG分子主要是通过S原子为吸附位点在银电极表面形成组装膜的。通过EIS和电化学极化曲线证实该分子的缓蚀效率不高,可能是氨基酸衍生物支链过多导致MPG分子膜不致密,但是它也提高了金属的抗腐蚀能力。