銅表面自組裝單分子膜的分子模擬研究.pdf

1、自組裝膜是分子在溶液(或氣態(tài))中自發(fā)通過化學(xué)鍵牢固地吸附在固體基底上而形成的有序分子膜。由于其堆積緊密、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因而具有抑止腐蝕的作用。 自組裝技術(shù)在金屬腐蝕與防護(hù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和重要的理論價(jià)值。闡明緩蝕機(jī)理需要了解金屬緩蝕劑在金屬表面的微觀吸附狀態(tài)，如分子的取向和排列方式。然而，運(yùn)用常規(guī)的涂層方法直接獲取分子取向和排列特征十分困難。因此，在金屬電極表面組裝有序分子膜對探討金屬和緩蝕劑吸附層界面間的信息具有重要的意義

2、。近年來有一些關(guān)于鐵、銅等金屬表面上的自組裝膜在抑止金屬腐蝕方面的研究報(bào)道，研究體系主要集中在直鏈飽和烷基硫醇的自組裝膜上，也有一些關(guān)于希夫堿和含氮化合物自組裝的研究報(bào)道，但多集中在實(shí)驗(yàn)研究上，理論研究相對較少。本論文以分子力學(xué)為基本方法，主要研究了金屬銅表面自組裝體系，探討了分子層次的吸附構(gòu)象以及吸附的穩(wěn)定性。 分子模擬是利用計(jì)算機(jī)以原子水平的分子模型來模擬分子的結(jié)構(gòu)與行為，進(jìn)而模擬分子體系的各種物理化學(xué)性質(zhì)。分子模擬法可以模

3、擬研究化學(xué)反應(yīng)的路徑、過渡態(tài)、反應(yīng)機(jī)理等十分關(guān)鍵的問題，在一定程度上代替以往的化學(xué)合成、結(jié)構(gòu)分析、物理檢測等實(shí)驗(yàn)：可進(jìn)行新材料的設(shè)計(jì)，從而能縮短新材料研制的周期，降低開發(fā)成本。 本文采用Accelrys公司的Crius2模擬軟件，按照硫醇分子在Cu(111)表面以P(2×2)、(√3×√3) R30°和C(4×2)三種自組裝排布的結(jié)構(gòu)體系，建立了4-16個(gè)碳原子的脂肪族烷基硫醇分子在Cu(111)自組裝的結(jié)構(gòu)模型。對覆蓋密

4、度分別為1/4和l/3的三種自組裝結(jié)構(gòu)下的Cu(111)表面組裝不同鏈長的脂肪族硫醇的自組裝結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分子力學(xué)模擬，研究結(jié)果表明：隨著自組裝脂肪族硫醇分子鏈長的增加，自組裝膜的厚度隨之增大，傾斜角增大、吸附能增大，說明分子鏈越長，自組裝膜越穩(wěn)定，質(zhì)量越好：覆蓋率為l/4的C(4×2)和P(2×2)自組裝結(jié)構(gòu)比覆蓋率為1/3的(√3×√3)R30°自組裝結(jié)構(gòu)的能量更低、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。對咔唑和乙烯基咔嘩在Cu(111)上自組裝吸附模型進(jìn)行了