（1）基于Gaussian軟件研究緩蝕劑

    為了研究不同緩蝕劑的緩蝕機(jī)理，我采用了Gaussian軟件，在6-31G++（d,p）基組水平上，對(duì)所研究的緩蝕劑苯并三唑和硫脲分子進(jìn)行了幾何構(gòu)型優(yōu)化，并進(jìn)行頻率分析，確保所得結(jié)構(gòu)均為勢(shì)能面上的極小點(diǎn)無(wú)虛頻。

    通過(guò)使用ChemOffice軟件中的Chemdraw軟件，繪制了兩種緩蝕劑苯并三唑和硫脲分子的結(jié)構(gòu)式，如圖27所示。

    圖27. 兩種緩蝕劑苯并三唑（左）和硫脲（右）分子的結(jié)構(gòu)式

    在同一基組水平上，分別計(jì)算了苯并三唑和硫脲緩蝕劑分子的前線軌道分布和Fukui指數(shù)，用于分析分子的反應(yīng)活性區(qū)域和吸附位點(diǎn)。

    獲得相關(guān)參數(shù)：最高占據(jù)軌道HOMO和最低空軌道LUMO的能量及兩者之間的能量差，全局參量，如電離能、電子親和能、電負(fù)性、硬度、偶極距、總能量、分子體積和電子分布等參量。

    緩蝕劑分子的電負(fù)性和硬度的關(guān)系式如下：

    從緩蝕劑分子中轉(zhuǎn)移到金屬的電子數(shù)是根據(jù)從所獲得的和的值計(jì)算得到的，計(jì)算公式如下：

    其中使用理論值，由于它比中性原子更加柔軟，因此，通過(guò)假設(shè)金屬的硬度為一個(gè)整體，即I=A。

    （2）緩蝕劑分子的優(yōu)化幾何構(gòu)型

    密度泛函理論DFT是一種經(jīng)濟(jì)、高效的量子化學(xué)計(jì)算方法，它可以提供足夠精確的分子幾何構(gòu)型和電子分布等信息。

    首先我對(duì)這兩種緩蝕劑苯并三唑和硫脲分子進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)優(yōu)化。圖28是硫脲分子的最優(yōu)構(gòu)型。所涉及的量子化學(xué)參數(shù)均是在分子最優(yōu)構(gòu)型的基礎(chǔ)上計(jì)算所得。

    圖28. 硫脲分子（左）和苯并三唑分子（右）的最優(yōu)構(gòu)型

    表13是使用Gaussian軟件計(jì)算得到的硫脲分子的分子軌道數(shù)目和形狀。

    表13. 硫脲分子的分子軌道形狀

    （3）緩蝕劑全局反應(yīng)活性

    我對(duì)所研究的緩蝕劑分子做了模擬計(jì)算，并得出相應(yīng)的量子化學(xué)參數(shù)，可以用于分析緩蝕劑分子的反應(yīng)活性和選擇性能。

    量子化學(xué)的前線軌道理論認(rèn)為反應(yīng)物間的相互作用僅發(fā)生在分子的前線軌道之間，分子中的EHOMO是分子給電子能力的大小，分子的EHOMO越高，則該分子越易提供電子參與親核反應(yīng)。分子的EHOMO是與分子的電子親和能有關(guān)，其值越低，該分子則有較強(qiáng)的接受電子的能力。因此分子的最高占據(jù)軌道HOMO和最低空軌道LUMO是分析緩蝕劑在金屬表面吸附行為的重要依據(jù)。

    圖為無(wú)溶劑狀態(tài)下兩種緩蝕劑苯并三唑和硫脲分子的HOMO和LUMO分布圖。

    表14是兩種緩蝕劑苯并三唑和硫脲分子量化計(jì)算的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

     從表14中可以看出，從EHOMO的大小來(lái)看，苯并三唑的EHOMO為-0.26583 Hartree，硫脲的EHOMO為-0.31847 Hartree，EHOMO越大越好，說(shuō)明苯并三唑的緩蝕效率最高，與極化曲線得出的結(jié)論相一致。

    從ELUMO來(lái)看，苯并三唑的ELUMO為0.01248 Hartree，硫脲的ELUMO為0.02333 Hartree，ELUMO越小越好，苯并三唑的緩蝕效率最好。再?gòu)摹鱁來(lái)看，苯并三唑的△E為0.2783 Hartree，硫脲的△E為0.3418 Hartree，△E越小越好，苯并三唑的緩蝕效率最好。從這三組參數(shù)的結(jié)果中我們可以確定出苯并三唑緩蝕劑效果比硫脲緩蝕劑效果好。

    （4）結(jié)論

    1. 苯并三唑的緩蝕效率優(yōu)于硫脲的緩蝕效率，其中，苯并三唑?qū)儆谝砸种脐?yáng)極為主的混合型緩蝕劑，硫脲屬于以抑制陰極為主的混合型緩蝕劑。

    2. 兩種緩蝕劑苯并三唑和硫脲分子在鋁和鎳表面的吸附均服從Langmuir等溫式，吸附過(guò)程是放熱過(guò)程，屬于物理吸附。因此理論上，在所研究的溫度范圍內(nèi)兩種緩蝕劑苯并三唑和硫脲分子的緩蝕性能隨溫度的升高而降低。

    3. 運(yùn)用量子化學(xué)理論和分子設(shè)計(jì)等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)在理論上預(yù)測(cè)和計(jì)算緩蝕劑，在特定環(huán)境中的緩蝕效率和緩蝕機(jī)理等。在某種程度上，可以減少實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)試的工作量，有利于合理選擇緩蝕劑，克服實(shí)驗(yàn)的盲目性。

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責(zé)任編輯：王元

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