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金属铜的自然资源相对丰富、生产成本较低且具有良好的导热性、导电性、延展性和机械加工等特性。因此，广泛应用于国民经济的各个领域，是国民经济不可或缺的重要金属材料。然而，金属铜及其合金在环境中易被腐蚀，致使相关设备或装置损坏、寿命缩短，可能导致严重的经济损失或重大事故。为此，金属铜的腐蚀和防腐引起了广泛的关注和研究。其中，缓蚀剂防腐技术具有经济、可操作性强、设备简单等优点，在金属防腐蚀领域具有良好的应用前景。
咪唑类化合物是重要的唑类衍生物之一，广泛作为抗菌剂、消炎药物和杀虫剂，因其来源广泛、易溶于水、环保、生态环境友好等特点，被认为是一类环保、生态环境友好的金属铜缓蚀剂。研究表明：咪唑、4-甲基-5-羟甲基咪唑、1-苯基-4-甲基咪唑、巯基-1-甲基咪唑等咪唑类化合物，在酸性介质中明显延缓了金属铜的腐蚀。但是，咪唑环取代基的数量、种类对缓蚀性能的影响研究不足。因此，深入研究相关的内容，对于缓蚀剂的筛选与合成具有实际和理论指导意义。
本论文选取了四种咪唑衍生物作为缓蚀剂，它们分别是左旋咪唑(LMS)、4-苯基咪唑(PIZ)、3-溴-6-氯咪唑并哒嗪(BCIP)、6-氯咪唑并哒嗪(CIP)，采用实验测试与理论计算相结合的方法，探索了LMS、PIZ、BCIP、CIP四种分子对铜在0.5M H2SO4介质中的缓蚀行为。实验采用了电化学参数表征方法、表面成分分析法以及直观的形貌分析手段，研究了缓蚀剂浓度与缓蚀效率的关系，分析了缓蚀的机理，然后利用模拟计算技术，获得四种分子的量子化学参数，比较分析了分子量子化学参数与缓蚀性能的关系。获得的主要结果如下：
（1）电化学阻抗谱和动电位极化曲线研究表明，四种咪唑衍生物均能延缓铜的腐蚀，其缓蚀效率随缓蚀剂浓度增大而提高。但在相同缓蚀剂浓度情况下，缓蚀效果存在差异。其中，浓度为8.0mM时，LMS的缓蚀效率为99.03%，PIZ的缓蚀效率为95.84%；浓度为5.0mM时，BCIP的缓蚀效率为93.63%，CIP的缓蚀效率为84.33%。四种缓蚀剂效率从大到小的关系为：LMS＞PIZ,BCIP＞CIP。
（2）对电化学实验参数分析结果显示，四种咪唑衍生物对铜的缓蚀机理不完全相同。其中，LMS为阴极抑制型缓蚀机理，PIZ、BCIP、CIP为混合抑制型缓蚀机理；四种咪唑类衍生物在铜表面均符合朗格缪尔吸附模型，其吸附吉布斯自由能的绝对值均在20KJ/mol到40KJ/mol之间，均属于物理和化学共同吸附作用。
（3）原子力显微镜和扫描电镜分析结果表明，缓蚀剂显著改善铜表面的平整度和光滑度，加入LMS、PIZ、BCIP、CIP后铜表面的粗糙度分别为11.4nm、24.5nm、31.1nm、38.1nm，其表面粗糙度均远远小于无缓蚀剂的72.7nm，证实了四种咪唑衍生物对铜的腐蚀抑制是客观的、显著的。
（4）X射线光电子能谱分析结果表明，四种咪唑类衍生物与表面铜原子形成配位键，证实了缓蚀剂与铜原子之间存在化学吸附作用。
（5）量子化学计算表明，LMS的前线轨道能量差比PIZ小，LMS的偶极矩比PIZ大；BCIP的前线轨道能量差比CIP小，BCIP的偶极矩比CIP大。从理论上解释了LMS、BCIP更容易在铜表面吸附并形成化学键。动力学模拟获得的缓蚀剂分子在Cu(111)晶面的吸附结合能显示，LMS结合能为346.5KJ/mol大于PIZ的293.6KJ/mol，BCIP的结合能为237.4KJ/mol大于CIP的196.0KJ/mol。理论上解释了四种缓蚀剂均能有效与铜结合，但LMS、BCIP结合得更紧密，阻隔腐蚀介质与铜接触的能力更强，即LMS缓蚀性能优于PIZ，BCIP缓蚀性能优于CIP。因此，在一定程度上，量子化学参数计算可以为缓蚀剂的筛选和合成提供指导。
（6）所有测试结果均表明，缓蚀效率与杂原子数目有关，当缓蚀剂分子中具有更多的杂原子时，可以提供更多的吸附位点，从而导致了缓蚀效率的升高。
咪唑类化合物是重要的唑类衍生物之一，广泛作为抗菌剂、消炎药物和杀虫剂，因其来源广泛、易溶于水、环保、生态环境友好等特点，被认为是一类环保、生态环境友好的金属铜缓蚀剂。研究表明：咪唑、4-甲基-5-羟甲基咪唑、1-苯基-4-甲基咪唑、巯基-1-甲基咪唑等咪唑类化合物，在酸性介质中明显延缓了金属铜的腐蚀。但是，咪唑环取代基的数量、种类对缓蚀性能的影响研究不足。因此，深入研究相关的内容，对于缓蚀剂的筛选与合成具有实际和理论指导意义。
本论文选取了四种咪唑衍生物作为缓蚀剂，它们分别是左旋咪唑(LMS)、4-苯基咪唑(PIZ)、3-溴-6-氯咪唑并哒嗪(BCIP)、6-氯咪唑并哒嗪(CIP)，采用实验测试与理论计算相结合的方法，探索了LMS、PIZ、BCIP、CIP四种分子对铜在0.5M H2SO4介质中的缓蚀行为。实验采用了电化学参数表征方法、表面成分分析法以及直观的形貌分析手段，研究了缓蚀剂浓度与缓蚀效率的关系，分析了缓蚀的机理，然后利用模拟计算技术，获得四种分子的量子化学参数，比较分析了分子量子化学参数与缓蚀性能的关系。获得的主要结果如下：
（1）电化学阻抗谱和动电位极化曲线研究表明，四种咪唑衍生物均能延缓铜的腐蚀，其缓蚀效率随缓蚀剂浓度增大而提高。但在相同缓蚀剂浓度情况下，缓蚀效果存在差异。其中，浓度为8.0mM时，LMS的缓蚀效率为99.03%，PIZ的缓蚀效率为95.84%；浓度为5.0mM时，BCIP的缓蚀效率为93.63%，CIP的缓蚀效率为84.33%。四种缓蚀剂效率从大到小的关系为：LMS＞PIZ,BCIP＞CIP。
（2）对电化学实验参数分析结果显示，四种咪唑衍生物对铜的缓蚀机理不完全相同。其中，LMS为阴极抑制型缓蚀机理，PIZ、BCIP、CIP为混合抑制型缓蚀机理；四种咪唑类衍生物在铜表面均符合朗格缪尔吸附模型，其吸附吉布斯自由能的绝对值均在20KJ/mol到40KJ/mol之间，均属于物理和化学共同吸附作用。
（3）原子力显微镜和扫描电镜分析结果表明，缓蚀剂显著改善铜表面的平整度和光滑度，加入LMS、PIZ、BCIP、CIP后铜表面的粗糙度分别为11.4nm、24.5nm、31.1nm、38.1nm，其表面粗糙度均远远小于无缓蚀剂的72.7nm，证实了四种咪唑衍生物对铜的腐蚀抑制是客观的、显著的。
（4）X射线光电子能谱分析结果表明，四种咪唑类衍生物与表面铜原子形成配位键，证实了缓蚀剂与铜原子之间存在化学吸附作用。
（5）量子化学计算表明，LMS的前线轨道能量差比PIZ小，LMS的偶极矩比PIZ大；BCIP的前线轨道能量差比CIP小，BCIP的偶极矩比CIP大。从理论上解释了LMS、BCIP更容易在铜表面吸附并形成化学键。动力学模拟获得的缓蚀剂分子在Cu(111)晶面的吸附结合能显示，LMS结合能为346.5KJ/mol大于PIZ的293.6KJ/mol，BCIP的结合能为237.4KJ/mol大于CIP的196.0KJ/mol。理论上解释了四种缓蚀剂均能有效与铜结合，但LMS、BCIP结合得更紧密，阻隔腐蚀介质与铜接触的能力更强，即LMS缓蚀性能优于PIZ，BCIP缓蚀性能优于CIP。因此，在一定程度上，量子化学参数计算可以为缓蚀剂的筛选和合成提供指导。
（6）所有测试结果均表明，缓蚀效率与杂原子数目有关，当缓蚀剂分子中具有更多的杂原子时，可以提供更多的吸附位点，从而导致了缓蚀效率的升高。