N,N-二甲基甲酰胺缓蚀膜的影响因素

郭美玉 王春涛 苏志丽

（太原师范学院化学系,山西太原 030031）

N,N-二甲基甲酰胺缓蚀膜的影响因素

郭美玉 王春涛 苏志丽

（太原师范学院化学系,山西太原 030031）

在金属铜表面制备各种N,N-二甲基甲酰胺自组装膜,用交流阻抗（AC）和循环伏安（CV）研究了形成组装膜的最佳浓度,最佳组装时间,以及在不同浓度的NaCl溶液中该膜对铜电极的缓蚀行为.

自组装膜;交流阻抗（AC）;循环伏安（CV）;N,N二甲基甲酰胺

随着铜及其合金在现代工业中越来越广泛的应用,铜的腐蚀保护也成为腐蚀学科的研究重点之一,为了提高铜及其合金的抗蚀性能,人们一直在研究和开发新型高效的铜缓蚀剂.自组装技术的诞生,使我们在分子水平上认识防腐蚀问题成为可能[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,氮原子上有孤对电子与羰基中的∏键形成离域大∏键,大∏键可以进入铜得空轨道发生配位.因此,N,N-二甲基甲酰胺容易吸附在铜的表面上.本实验选用含共轭结构的不同浓度N,N-二甲基甲酰胺制备自组装膜,通过交流阻抗（AC）和循环伏安（CV）测定膜的缓蚀性能,从而探索膜的最佳缓蚀条件.

1 实验部分

1.1 材料和溶液

选用φ5.8 mm铜棒（纯度99.9%）制作电极,电极周围用环氧树脂密封仅有顶端接触溶液.N,N-二甲基甲酰胺（分析纯）购自于天津市化学试剂三厂,用无水乙醇溶液配制10-2,10-3,10-4,10-5,10-6mol/L的溶液,以及不同浓度的NaCl浓度,均用三次蒸馏水配制.所用试剂均为分析纯试剂.

1.2 仪器与方法

根据需要在相应溶液中浸泡一定时间,以形成自组装膜.然后在0.5 mol/L的NaCl溶液中浸泡10 min后,进行交流阻抗和循环伏安测试.整个实验均在（20±3）℃.

采用三室电解池,参比电极为甘汞电极,铂电极为辅助电极.所有的电化学测试和数据分析由上海辰华仪器公司电化学工作站完成.循环伏安测试选择在-1.0 V～0.8 V范围内.以0.1 V/s的速度从负电位向正电位扫描.交流阻抗谱测试应选择振幅为5 mV的正弦微扰信号.在1 Hz～100 k Hz的频率范围内自高频向低频范围内扫描.所有阻抗测试均在腐蚀电位下进行.

2 结果和讨论

2.1 组装液浓度的影响

我们用不同浓度的N,N-二甲基甲酰胺制备了各种N,N-二甲基甲酰胺-Cu自组装膜（组装时间为1 h）,对其进行交流阻抗测试.

图1表示不同浓度下制得的自组装膜覆盖后的铜电极在0.5 mol/L的NaCl溶液中浸泡10 min（待开路电位稳定）后所测得的交流阻抗谱图.

从图谱中可以看出,所有阻抗谱的半径较之空白电极都有明显增加.低频区域的Warburg阻抗几乎消失,说明用上述方法制得的自组装膜对于铜电极的腐蚀有不同程度的阻滞作用,膜的存在使得腐蚀反应速度减小,反应物与生成物的扩散传质过程被抑制.同时我们也看到了每条阻抗谱的半径不尽相同.交流阻抗谱的半径代表电荷传递电阻.

由以上分析可知,10-3mol/L的N,N-二甲基甲酰氨溶液对铜电极有较好的缓蚀效果.

2.2 组装时间的影响

用交流阻抗谱考察了在10-3mol/L N,N-二甲基甲酰胺浓度下不同组装时间对组装膜缓蚀效果的研究.

图2表示在不同组装时间下制得的自组装膜覆盖后的铜电极在0.5 mol/L的NaCl溶液中浸泡10 min后所测的交流阻抗图谱,由图2可得不同组装时间下的交流阻抗图谱的半径大小比较,通过半径比较分析可知在4 h组装时间时缓蚀效果最好.

图1 覆盖不同浓度的N,N-二甲基甲酰胺的铜电极Nyquist阻抗图（a～f分别表示 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

图2 组装时间不同的N,N-二甲基甲酰胺的铜电极Nyquist阻抗图Fig.2 Nyquist impedance diagram son copper electrodes covered with different assembled time self-assembled film s of N,N-Dimethylformamide

2.3 NaCl电解质溶液浓度的影响

图3为膜电极修饰的铜电极在不同浓度NaCl溶液中的交流阻抗图谱,从图3可以看出,被N,N-二甲基甲酰胺自组装膜修饰的铜电极的阻抗图谱在整个频率范围内表现为较完美大半圆,无明显扩散现象.

由图3可知,随NaCl浓度的增大,Rt大小比较为Ra＞Rb＞Rc说明N,N-二甲基甲酰胺自组装膜对铜的缓蚀效率随NaCl溶液浓度的增大而减小,说明N,N-二甲基甲酰胺自组装膜对铜缓蚀效率随NaCl溶液浓度的增大而降低.

图4为10-3mol/LN,N-二甲基甲酰胺组装修饰后的铜电极在不同浓度NaCl溶液中的循环伏安曲线.由图4可知,随着NaCl溶液浓度的增加,还原峰逐渐上升,即N,N-二甲基甲酰胺的缓蚀作用随着NaCl溶液浓度的增加而减弱.

图3 膜修饰的铜电极在不同浓度NaCl溶液中的AC图a,b,c,分别为 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

图4 膜修饰的铜电极在不同浓度NaCl溶液中的CV图a,b,c,分别为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 结论

将N,N-二甲基甲酰胺自组装于铜电极表面,能有效起到防腐作用.在室温下,当组装时间为1 h,组装N,N-二甲基甲酰胺的最佳浓度为10-3mol/L;当组装浓度为10-3mol/L时,最佳组装时间为4 h;而且,随着NaCl溶液浓度的增大,膜的缓蚀效率降低.

[1] 崔维真,丁克强,霍 莉,等.电解质溶液浓度对铜/硫醇自组装膜缓蚀行为的影响[J].河北师范大学学报（自然科学版）,2003,27（2）:160-162

[2] 刘金红,王怡红,郭志睿,等.银表面分子自组装膜的防腐蚀性能[J].化工学报,2004,55（10）:1 674-1 677

[3] 王春涛,陈慎豪,赵世勇,等.烯丙基硫脲和十二烷基硫醇对铜的缓蚀作用[J].化学学报,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

【责任编辑:王映苗】

1672-2027（2010）02-0096-03

O647

A

2010-03-31

山西省教育厅高校开发项目（20101117）;山西省大学生创新实验项目.

郭美玉（1964-）,女,山西定襄人,太原师范学院化学系实验师,主要从事电化学研究.