铜表面自组装单分子膜的分子模拟研究

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自组装膜是分子在溶液(或气态)中自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上而形成的有序分子膜。由于其堆积紧密、结构稳定,因而具有抑止腐蚀的作用。 自组装技术在金属腐蚀与防护领域有广阔的应用前景和重要的理论价值。阐明缓蚀机理需要了解金属缓蚀剂在金属表面的微观吸附状态,如分子的取向和排列方式。然而,运用常规的涂层方法直接获取分子取向和排列特征十分困难。因此,在金属电极表面组装有序分子膜对探讨会属和缓蚀剂吸附层界面间的信息具有重要的意义。近年来有一些关于铁、铜等金属表面上的自组装膜在抑止金属腐蚀方面的研究报道,研究体系主要集中在直链饱和烷基硫醇的自组装膜上,也有一些关于希夫碱和含氮化合物自组装的研究报道,但多集中在实验研究上,理论研究相对较少。本论文以分子力学为基本方法,主要研究了金属铜表面自组装体系,探讨了分子层次的吸附构象以及吸附的稳定性。 分子模拟是利用计算机以原子水平的分子模型来模拟分子的结构与行为,进而模拟分子体系的各种物理化学性质。分子模拟法可以模拟研究化学反应的路径、过渡态、反应机理等十分关键的问题,在一定程度上代替以往的化学合成、结构分析、物理检测等实验:可进行新材料的设计,从而能缩短新材料研制的周期,降低开发成本。 本文采用Accelrys公司的Crius2模拟软件,按照硫醇分子在Cu(111)表面以P(2×2)、(31/2×31/2)R30°和C(4×2)三种自组装排布的结构体系,建立了4-16个碳原子的脂肪族烷基硫醇分子在Cu(111)自组装的结构模型。对覆盖密度分别为1/4和1/3的三种自组装结构下的Cu(111)表面组装不同链长的脂肪族硫醇的自组装结构模型进行分子力学模拟,研究结果表明:随着自组装脂肪族硫醇分子链长的增加,自组装膜的厚度随之增大,倾斜角增大、吸附能增大,说明分子链越长,自组装膜越稳定,质量越好:覆盖率为1/4的C(4×2)和P(2×2)自组装结构比覆盖率为1/3的(31/2×31/2)R30°自组装结构的能量更低、结构更稳定。对咔唑和乙烯基咔唑在Cu(111)上自组装吸附模型进行了分子力学模拟,建立了P(3×3)、P(4×2)和P(2×2)吸附构型,发现覆盖度低的吸附构型更稳定。并从吸附构象和
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