توصيفگر ها :
آلياژ مس- روي , بازدارنده‌ي خوردگي بنزوتريازول , روي , مس , نظريه تابعي چگالي
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
In this study, the charge transfer between benzotriazole and copper and zinc nanosurfaces was examined using quantum chemical calculations using the DFT method. The effect of the element percentages in copper-zinc alloy with the ratios of 1:1 (ZnCu) and 3:1 (Zn3Cu) on the charge transfer was also investigated. The benzotriazole as a well-known inhibitor was utilized for these purpose. The optimized benzotriazole molecule with different relative orientations was placed on the surface of single-layer and double-layer of copper, zinc, ZnCu, and Zn3Cu alloys in the gas phase. By calculating parameters such as EHOMO, ELUMO, energy gap (∆E), ionization energy (I), electron affinity (A), electronegativity (χ), hardness (η), softness (S), and the amount of charge transfer (∆N), the corrosion tendency of surfaces were investigated. These parameters were also determined under the electrostatic field of water and in the presence of water molecules, only for the gas phase most stable orientation of benzotriazole on the metal surfaces. Based on the calculated gas phase interaction energies, the most stable orientation of benzotriazole on the double-layer of ZnCu and double-layer of Zn3Cu is parallel. The most stable orientation of benzotriazole on the single-layer surface of the Zn3Cu alloy, the double-layer of copper, and the double-layer of zinc is the perpendicular (from its N8 site above a copper atom of surface), the perpendicular (from its N8 site as a bridge between the two copper atoms of surface), and the bonding state where the N8=N7 of benzotriazole is parallel to the surface, respectively. According to the results, as the thickness of the surface increases, the interaction energy of benzotriazole with the metal surfaces increases, except for copper surface, and an increase in the angle between the plane of benzotriazole and surfaces is observed, except for the Zn3Cu alloy. The highest and lowest calculated interaction energies are associated with copper and zinc surfaces. For the most stable configurations of benzotriazole on the single-layer copper and zinc surfaces, the calculated values of interaction energies are -2.756 eV and -0.748 eV, while for the most stable configurations of benzotriazole on the double-layer copper and zinc surfaces, the reported values are -1.937 eV and -1.423 eV. A decrease of the interaction energy was observed when the zinc percentage increased in the alloys surfaces. The calculated interaction energis using the COSMO model for the most stable orientations of benzotriazole
on the metal surfaces in were also calculated, revealing lower values than those of the gas phase due to the electrostatic field of water. The interaction energy of benzotriazole with double-layer copper surface and double-layer ZnCu alloy surface in the presence of water molecules was also investigated. The amount of charge transferred during the interaction of benzotriazole with the copper metal surface is the highest (0.267), decreasing with increasing thickness. The charge transferred in the interaction of benzotriazole with the zinc metal surface also decreases with increasing thickness; however, with thicker alloy surfaces, the charge transfer increases. The negative values of ∆N for the single-layer Zn surface and the single-layer ZnCu alloy surface indicates charge transfer from the surface to the inhibitor molecule. Positive values of ∆N suggest charge transfer from the inhibitor molecule to the surface. In the peresence of the electrostatic field of water using COSMO model, the charge transfer from molecule to the surface decreased compared to the gas phase. It is important to note that reducing the thickness of the metal surface may reverse the direction of electron transfer from the inhibitor to the metal surface.
