مطالعه نظري خوردگي نانو‌صفحات مس، روي و آلياژهاي مس- روي در حضور بازدارنده بنزوتريازول: تاثير ضخامت نانوصفحه و درصد عناصر موجود در آلياژ

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

شيمي

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش، انتقال بار بين بنزوتريازول و نانوسطوح مس و روي با استفاده از محاسبات شيمي كوانتومي در سطح نظري DFT مورد بررسي قرار گرفت. تاثير درصد عناصر موجود در آلياژ مس- روي داراي نسبت‌هاي 1:1 (ZnCu) و 3:1 (Zn3Cu) بر انتقال بار نيز بررسي شد. به‌همين منظور از بازدارنده‌ي معروف بنزوتريازول جهت اين مطالعه استفاده گرديد. مولكول بنزوتريازول بعد از بهينه شدن براي بررسي تاثير ضخامت بستر روي نانوصفحه‌هايي از سطوح تك لايه و دو لايه‌ي مس، روي، آلياژهاي ZnCu و Zn3Cu با جهت‌گيري‌هاي مختلف در فاز گازي قرار گرفت و با محاسبه‌ي پارامترهايي مانند EHOMO، ELUMO، شكاف انرژي (E∆)، انرژي يونيزاسيون (I)، انرژي الكترون‌خواهي (A)، الكترونگاتيوي (χ)، سختي (η)، نرمي (S) و مقدار الكترون‌هاي منتقل شده (N∆)، به بررسي تمايل خوردگي نانوصفحات پرداخته شد. اين پارامترها با اعمال اثر ميدان الكتروستاتيك آب در مدل COSMO و در حضور مولكول‌هاي آب نيز محاسبه شدند. بر اساس انرژي برهمكنش، پايدارترين جهت‌گيري بنزوتريازول نسبت به سطوح فلزي تك لايه مس، روي، آلياژ ZnCu، دو لايه آلياژ ZnCu و Zn3Cu، حالت مسطح است و پايدارترين جهت‌گيري بنزوتريازول نسبت به سطوح فلزي تك لايه‌ آلياژ Zn3Cu، دو لايه مس و روي به‌ترتيب حالت عمودي از سمت N8 بالاي اتم مس، حالت عمودي از سمت N8 بين دو اتم مس و حالت پيوند N8=N7 موازي با سطح است. پايدارترين جهت‌گيري بنزوتريازول نسبت به سطوح فلزي در اغلب موارد حالت مسطح گزارش شد كه به دليل نقش مهم برهمكنش -dπ در ايجاد برهمكنش با سطح است. طبق نتايج، با افزايش ضخامت، انرژي برهمكنش بنزوتريازول با سطوح فلزي به جز مس، افزايش مي‌يابد و زاويه‌ي بنزوتريازول نسبت به سطوح فلزي به جز آلياژ Zn3Cu افزايش مي‌يابد. بيشترين و كم‌ترين انرژي برهمكنش نيز به ترتيب مربوط به سطوح فلزي مس و روي است كه براي پايدارترين حالت سطوح تك لايه‌ي مس و روي به ترتيب مقاديرeV 756/2- وeV 748/0- و براي پايدارترين حالت سطوح دو لايه‌ي مس و روي به‌ترتيب مقاديرeV 937/1- وeV 423/1- گزارش شد. انرژي برهمكنش با افزايش درصد روي در آلياژها كاهش مي‌يابد. انرژي برهمكنش با مدل COSMO براي پايدارترين جهت‌گيري‌هاي بنزوتريازول نسبت به سطوح فلزي در فاز گازي نيز محاسبه شد كه نسبت به فاز گازي كم‌تر گزارش شد كه ناشي از ميدان الكتروستاتيك آب است. انرژي برهمكنش بنزوتريازول با سطوح فلزي دولايه مس و آلياژ ZnCu در حضور مولكول‌هاي آب نيز محاسبه شد. مقدار الكترون‌هاي منتقل شده در برهمكنش بنزوتريازول با سطح فلز مس بيشترين مقدار (267/0) را دارد كه با افزايش ضخامت، اين مقدار كاهش مي‌يابد. مقدار الكترون‌هاي منتقل شده در برهمكنش بنزوتريازول با سطح فلز روي نيز با افزايش ضخامت، كاهش مي‌يابد اما با افزايش ضخامت سطوح آلياژي مقدار الكترون‌هاي بيشتري منتقل مي‌شود. مقادير منفي ∆N براي سطح روي تك لايه و سطح آلياژ ZnCu تك لايه، بيانگر انتقال الكترون از سطح فلز به مولكول بازدارنده است. مقادير مثبت N∆ نيز نشان‌دهنده‌ي انتقال الكترون از مولكول بازدارنده به سطح است. مقدار الكترون‌هاي منتقل شده با مدل COSMO براي جذب سطحي بنزوتريازول روي سطوح فلزي، نسبت به فاز گازي كاهش يافته است يا مقادير منفي‌تري دارد. قابل ذكر است كه با كاهش ضخامت سطح فلزي ممكن است كه جهت انتقال الكترون از بازدارنده به سطح فلز معكوس شود.

232355

شيمي فيزيك

شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان