N,N-二甲基甲酰胺緩蝕膜的影響因素

郭美玉 王春濤 蘇志麗

（太原師范學(xué)院化學(xué)系,山西太原 030031）

N,N-二甲基甲酰胺緩蝕膜的影響因素

郭美玉 王春濤 蘇志麗

（太原師范學(xué)院化學(xué)系,山西太原 030031）

在金屬銅表面制備各種N,N-二甲基甲酰胺自組裝膜,用交流阻抗（AC）和循環(huán)伏安（CV）研究了形成組裝膜的最佳濃度,最佳組裝時(shí)間,以及在不同濃度的NaCl溶液中該膜對(duì)銅電極的緩蝕行為.

自組裝膜;交流阻抗（AC）;循環(huán)伏安（CV）;N,N二甲基甲酰胺

隨著銅及其合金在現(xiàn)代工業(yè)中越來越廣泛的應(yīng)用,銅的腐蝕保護(hù)也成為腐蝕學(xué)科的研究重點(diǎn)之一,為了提高銅及其合金的抗蝕性能,人們一直在研究和開發(fā)新型高效的銅緩蝕劑.自組裝技術(shù)的誕生,使我們?cè)诜肿铀缴险J(rèn)識(shí)防腐蝕問題成為可能[1～3].其中N,N-二甲基甲酰胺中N原子和羰基C=O在同一平面上,氮原子上有孤對(duì)電子與羰基中的∏鍵形成離域大∏鍵,大∏鍵可以進(jìn)入銅得空軌道發(fā)生配位.因此,N,N-二甲基甲酰胺容易吸附在銅的表面上.本實(shí)驗(yàn)選用含共軛結(jié)構(gòu)的不同濃度N,N-二甲基甲酰胺制備自組裝膜,通過交流阻抗（AC）和循環(huán)伏安（CV）測(cè)定膜的緩蝕性能,從而探索膜的最佳緩蝕條件.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和溶液

選用φ5.8 mm銅棒（純度99.9%）制作電極,電極周圍用環(huán)氧樹脂密封僅有頂端接觸溶液.N,N-二甲基甲酰胺（分析純）購自于天津市化學(xué)試劑三廠,用無水乙醇溶液配制10-2,10-3,10-4,10-5,10-6mol/L的溶液,以及不同濃度的NaCl濃度,均用三次蒸餾水配制.所用試劑均為分析純?cè)噭?

1.2 儀器與方法

根據(jù)需要在相應(yīng)溶液中浸泡一定時(shí)間,以形成自組裝膜.然后在0.5 mol/L的NaCl溶液中浸泡10 min后,進(jìn)行交流阻抗和循環(huán)伏安測(cè)試.整個(gè)實(shí)驗(yàn)均在（20±3）℃.

采用三室電解池,參比電極為甘汞電極,鉑電極為輔助電極.所有的電化學(xué)測(cè)試和數(shù)據(jù)分析由上海辰華儀器公司電化學(xué)工作站完成.循環(huán)伏安測(cè)試選擇在-1.0 V～0.8 V范圍內(nèi).以0.1 V/s的速度從負(fù)電位向正電位掃描.交流阻抗譜測(cè)試應(yīng)選擇振幅為5 mV的正弦微擾信號(hào).在1 Hz～100 k Hz的頻率范圍內(nèi)自高頻向低頻范圍內(nèi)掃描.所有阻抗測(cè)試均在腐蝕電位下進(jìn)行.

2 結(jié)果和討論

2.1 組裝液濃度的影響

我們用不同濃度的N,N-二甲基甲酰胺制備了各種N,N-二甲基甲酰胺-Cu自組裝膜（組裝時(shí)間為1 h）,對(duì)其進(jìn)行交流阻抗測(cè)試.

圖1表示不同濃度下制得的自組裝膜覆蓋后的銅電極在0.5 mol/L的NaCl溶液中浸泡10 min（待開路電位穩(wěn)定）后所測(cè)得的交流阻抗譜圖.

從圖譜中可以看出,所有阻抗譜的半徑較之空白電極都有明顯增加.低頻區(qū)域的Warburg阻抗幾乎消失,說明用上述方法制得的自組裝膜對(duì)于銅電極的腐蝕有不同程度的阻滯作用,膜的存在使得腐蝕反應(yīng)速度減小,反應(yīng)物與生成物的擴(kuò)散傳質(zhì)過程被抑制.同時(shí)我們也看到了每條阻抗譜的半徑不盡相同.交流阻抗譜的半徑代表電荷傳遞電阻.

由以上分析可知,10-3mol/L的N,N-二甲基甲酰氨溶液對(duì)銅電極有較好的緩蝕效果.

2.2 組裝時(shí)間的影響

用交流阻抗譜考察了在10-3mol/L N,N-二甲基甲酰胺濃度下不同組裝時(shí)間對(duì)組裝膜緩蝕效果的研究.

圖2表示在不同組裝時(shí)間下制得的自組裝膜覆蓋后的銅電極在0.5 mol/L的NaCl溶液中浸泡10 min后所測(cè)的交流阻抗圖譜,由圖2可得不同組裝時(shí)間下的交流阻抗圖譜的半徑大小比較,通過半徑比較分析可知在4 h組裝時(shí)間時(shí)緩蝕效果最好.

圖1 覆蓋不同濃度的N,N-二甲基甲酰胺的銅電極Nyquist阻抗圖（a～f分別表示 bare-Cu、10-2,10-3,10-4,10-5,10-6 mol/L的N,N-二甲基甲酰胺）Fig.1 Nyquist impedance diagram son copper electrodes covered with different consistency self-assembled film sof N,N-Dimethylformamide

圖2 組裝時(shí)間不同的N,N-二甲基甲酰胺的銅電極Nyquist阻抗圖Fig.2 Nyquist impedance diagram son copper electrodes covered with different assembled time self-assembled film s of N,N-Dimethylformamide

2.3 NaCl電解質(zhì)溶液濃度的影響

圖3為膜電極修飾的銅電極在不同濃度NaCl溶液中的交流阻抗圖譜,從圖3可以看出,被N,N-二甲基甲酰胺自組裝膜修飾的銅電極的阻抗圖譜在整個(gè)頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為較完美大半圓,無明顯擴(kuò)散現(xiàn)象.

由圖3可知,隨NaCl濃度的增大,Rt大小比較為Ra＞Rb＞Rc說明N,N-二甲基甲酰胺自組裝膜對(duì)銅的緩蝕效率隨NaCl溶液濃度的增大而減小,說明N,N-二甲基甲酰胺自組裝膜對(duì)銅緩蝕效率隨NaCl溶液濃度的增大而降低.

圖4為10-3mol/LN,N-二甲基甲酰胺組裝修飾后的銅電極在不同濃度NaCl溶液中的循環(huán)伏安曲線.由圖4可知,隨著NaCl溶液濃度的增加,還原峰逐漸上升,即N,N-二甲基甲酰胺的緩蝕作用隨著NaCl溶液濃度的增加而減弱.

圖3 膜修飾的銅電極在不同濃度NaCl溶液中的AC圖a,b,c,分別為 0.5,0.75,1.0 mol/L NaCl溶液Fig.3 AC impedance diagram sof copper elctrodes covered with film s in different NaCl solutions

圖4 膜修飾的銅電極在不同濃度NaCl溶液中的CV圖a,b,c,分別為0.5,0.75,1.0 mol/LNaCl溶液Fig.4 CV diagram s copper electrodes cevered with films in different NaCl solution

3 結(jié)論

將N,N-二甲基甲酰胺自組裝于銅電極表面,能有效起到防腐作用.在室溫下,當(dāng)組裝時(shí)間為1 h,組裝N,N-二甲基甲酰胺的最佳濃度為10-3mol/L;當(dāng)組裝濃度為10-3mol/L時(shí),最佳組裝時(shí)間為4 h;而且,隨著NaCl溶液濃度的增大,膜的緩蝕效率降低.

[1] 崔維真,丁克強(qiáng),霍 莉,等.電解質(zhì)溶液濃度對(duì)銅/硫醇自組裝膜緩蝕行為的影響[J].河北師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2003,27（2）:160-162

[2] 劉金紅,王怡紅,郭志睿,等.銀表面分子自組裝膜的防腐蝕性能[J].化工學(xué)報(bào),2004,55（10）:1 674-1 677

[3] 王春濤,陳慎豪,趙世勇,等.烯丙基硫脲和十二烷基硫醇對(duì)銅的緩蝕作用[J].化學(xué)學(xué)報(bào),2003,61（2）:151-155

Influence Factors of N,N-Dimethylformam ide Self-Assembled Inhibition M onolayers

Guo Meiyu Wang Chuntao Su Zhili
（Department of Chemistry,Taiyuan Normal College,Taiyuan 030031,China）

The different N,N-Dimethylformamide self-assembled momolayers were p repared on copper surfaces.The best assembly conditions such as concentration and time were selected by meansof cyclic voltammecry and ac.Impedance techniques.A lso,the inhibition effectsof the N,N-Dimethylformam ide self-assembled momolayers decreased with the increases of the NaCl concentrations.

Self-assembled monolayers;impedance;cyclic voltammetry;N,N-Dimethylformamide

【責(zé)任編輯:王映苗】

1672-2027（2010）02-0096-03

O647

A

2010-03-31

山西省教育廳高校開發(fā)項(xiàng)目（20101117）;山西省大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目.

郭美玉（1964-）,女,山西定襄人,太原師范學(xué)院化學(xué)系實(shí)驗(yàn)師,主要從事電化學(xué)研究.