表面活性与杂环结构对金属缓蚀的协同作用机制

Corrosion inhibition mechanism and quantitative structure-activity relationship（QSAR） between structure of corrosion inhibitor and its inhibited efficiency are the key scientific problems in the field of corrosion inhibition research. In this application, combining the characteristics of surfactant and heterocyclic compound as corrosion inhibitors, a series of heterocyclic corrosion inhibitors with structure controllable and surface activity will be designed and synthesized, with the surface adsorption properties improved and the functional centers increased. Corrosion inhibition of synthesized novel corrosion inhibitor will be studied in acid solution of mild steel, and synergistic corrosion inhibition effect of corresponding surfactants and heterocyclic compounds will be studied as well. Synergistic corrosion inhibition effect of surface activity and heterocyclic structure will investigated through intermolecular and intramolecular synergistic effect of surfactants and heterocyclic compounds. QSAR between corrosion inhibition rate and quantum chemical parameters and surface activity parameters will be established as well. This research will provide a theoretical guidance for novel corrosion inhibitor with high efficient.

缓蚀剂分子与金属表面的作用机理及其分子结构-缓蚀性能间的定量构效关系(QSAR)是缓蚀研究领域的关键科学问题。本课题针对杂环化合物和表面活性剂作为缓蚀剂的特点，采取分子设计和有机合成方法，制备了系列结构可控、具表面活性的杂环类缓蚀剂，既改善缓蚀剂的表面吸附性能，又增加了活性中心。研究具表面活性杂环类缓蚀剂在酸性环境中对碳钢的缓蚀性能，同时研究相应结构的表面活性剂与杂环化合物在酸性环境中对碳钢的缓蚀协同效应。通过表面活性剂与杂环化合物分子内和分子间的协效作用，结合量子化学计算和分子动力学模拟的方法，深入研究表面活性和杂环结构对金属缓蚀的协同作用机制，并构建缓蚀剂的QSAR模型。通过本课题，为研发新一代金属缓蚀剂奠定必要的理论基础。

本项目针对杂环化合物和表面活性剂作为缓蚀剂的特点，研究通过杂环化合物和表面活性剂的分子内/分子间协同作用来提高缓蚀剂对碳钢的缓蚀性能，为新型高效金属缓蚀剂的设计和合成提供理论指导。利用三聚氯氰反应的可调控性，采取分子设计和有机合成方法，制备了系列基于三聚氯氰的表面活性剂以及结构可控、具表面活性的杂环类缓蚀剂；研究所设计合成的系列基于三聚氯氰的表面活性剂以及具表面活性杂环缓蚀剂的表面活性；考察所合成的系列具表面活性杂环缓蚀剂对碳钢的缓蚀性能，通过量子化学计算建立缓蚀剂的分子结构-缓蚀性能之间的QSAR模型；通过电化学实验、量子化学计算以及分子动力学模拟等方法研究杂环化合物和表面活性剂对碳钢的分子内和分子间缓蚀协同作用。结果发现，同样条件下，不同腐蚀体系中具表面活性的杂环类缓蚀剂对碳钢的的缓蚀性能显著优于各自相应的小分子杂环化合物；杂环化合物和表面活性剂分子存在分子内和分子间协同缓蚀作用，分子内协同作用主要来自于吸附位点和表面活性的增加，而分子间的协同作用则属于补强理论，即杂环小分子可以填充到表面活性剂分子间的空隙。