Towards Understanding the Anticorrosive Mechanism of Novel Surfactant Based on Mentha pulegium Oil as Eco-friendly Bio-source of Mild Steel in Acid Medium:a Combined DFT and Molecular Dynamics Investigation

Today,due to the increasingly stringent European directives concerning the use of molecules with certain toxicities towards the environment or their users,the essential oils,extracts,and molecules derived from plants exhibiting the characteristic of being biodegradable can be considered as a source of green corrosion inhibitors instead of harmful synthetic chemicals.The present work was devoted to testing the essential oil extracted from Mentha pulegium leaves(M1) as a corrosion inhibitor for C-steel in 1mol/L HCl solution using both electrochemical techniques and gravimetric measurements for the evaluation of the inhibition efficiencies at different temperatures.The results obtained showed that the inhibition efficiency increased with an increase in Ml concentration to reach a maximum value of 92.21%.We sought to determine the molecule responsible for this high efficiency,starting with the analysis of oil chemical composition by gas chromatography coupled with mass spectrometry.This analysis revealed that menthol(M2)and isomenthol(M3)were the principal constituents.In order to identify the molecule responsible for the inhibition and explain the protection mechanism involved,quantum chemical calculations and Monte Carlo simulations were used to explain the interaction of menthol,the major constituent of M1 with the Fe-surface.To practically confirm these results,we studied the action of 1mol/L HCl on steel with and without the addition of M2 by both methods(gravimetric and electrochemical study).A very high efficiency was obtained,an efficiency of 94.90% at 10^-3 mol/L,which was retained for a long exposure time,and slightly decreased in function of temperature.Finally,a good correlation between the experimental data,theoretical calculations,and SEM studies was obtained,which denied that the Ml efficiency was only a result of a synergy effect and confirmed the high efficiency of Mentha oil and its main component(menthol)as a strong ecological inhibitor of corrosion.     

流体熵相关性质的Monte Carlo模拟新方法

提出了用于计算实际体系熵相关性质的Monte Carlo 多级取样分子模拟方法.应用这一方法,对硬球流体的化学势及Helmholtz 自由能进行了估算,得到了满意的结果.计算化学势时,不存在通常试验粒子方法所遇到的高密度问题.该方法特别适合规律性的系统研究,较之普通模拟方法要有效得多.模拟得到的硬球体系无限稀释组份的超额化学势与对比直径的关系,在相变区域为一条双凹曲线;无论是在相变区还是在单相区,Carnahan-Starling 公式对这一关系的描述均有较大偏差.     

受限狭缝中CO_2-CH_4体系的汽液相平衡性质

受限条件下CO2-CH4体系的相平衡性质对化工工艺过程的设计具有非常重要的意义.采用Gibbs系综Monte Carlo模拟,对220K下CO2-CH4体系在主体相和受限狭缝中的相平衡性质进行了系统地研究.通过主体相模拟与实验结果比较,验证了流体分子势能参数的合理性;通过改变狭缝壁面原子的能量参数,研究了受限环境对CO2-CH4体系汽液相平衡性质的影响.与主体相相比,在硬壁狭缝中,CO2-CH4体系的露点压力增加,泡点压力降低,压力-组成相图变窄,且体系更容易达到超临界状态;在吸引狭缝中,随壁面原子能量参数的增大,CO2-CH4体系的压力-组成相图上移,临界点处CH4的摩尔分数减小,相图变窄.在体系汽液相总组成相同情况下,硬壁狭缝内体系的汽液相密度均比主体相中小;随壁面原子能量参数增大,气相密度变大、液相密度在CH4的摩尔分数较小时变大而当CH4的摩尔分数达到一定值后反而减小.在体系汽液相总组成相同时,受限环境下的汽化热比主体相的汽化热小且随壁面吸引势的增强越来越小;在主体相和硬壁狭缝中体系的汽化热随CH4含量的增加单调减小,而当壁面势能参数较大时汽化热随CH4含量增加先增大后减小.     

不同碳链临界正烷烃对孔道中甲醇作用的Monte Carlo模拟

利用Monte Carlo(MC)方法考察了烷烃的分子尺寸与介质孔道尺寸对孔道中甲醇脱附和萃取的影响.研究表明,随孔道尺寸的增加,不同碳链的正烷烃(C5~C8)对甲醇脱附作用受孔尺寸的影响在逐渐减小;孔道尺寸不同对正烷烃萃取能力的影响程度也不相同.     

分子动力学模拟纳米尺寸限制体系下氩溶液中I2的振动能量弛豫

利用平衡态分子动力学方法(EMD)模拟了纳米尺寸限制球壳内I2在Ar溶液中的振动能量转移.计算并讨论了I2振动能量弛豫时间T1随球壳半径、溶剂密度的变化规律.通过分子间相互作用分析,在原子、分子水平上,揭示了随着球壳半径的减小,T1呈逐渐增大趋势的原因.结果表明,球壳的几何限制效应和表面作用对受限溶液密度分布的影响较大,从而导致溶质振动弛豫的显著变化.此外,非限制体系模拟显示,非平衡态分子动力学(NEMD)方法可以得到与平衡态分子动力学方法较一致的振动能量弛豫时间T1.     

环氧树脂-三乙醇胺体系固化行为的预估

应用Flory凝胶化理论和非平衡态热力学涨落理论对环氧树脂-三乙醇胺体系不同温度下的凝胶化时间t_g和t_g以后树脂体系的固化行为进行了预估。动态扭振的实验表明,理论预估与实验有良好的相符。     

平行板间高分子链构象熵的动力学Monte Carlo模拟

用动力学Monte Carlo方法模拟了受限于两平行板之间的高分子链,并用扫描法计算了链的构象熵S,研究了构象熵相对于自由链的减小量(S0-S)与平行板间距D和高分子链长n的关系.结果证实了de Gennes的自由能标度关系,并给出了标度关系适用的范围.当D非常小时,高分子链受到强烈限制,S0-S与n成正比,表明单链节受到平行板的平均排斥作用力与链长无关.随着D增大,平行板对构象熵的影响越来越弱,单链节受到平行板的平均排斥作用力随链长的增长而增大.当D比较大时,平行板对构象熵的影响近似可以忽略,高分子链构象熵与自由空间中的结果一致.     

[Cu2Pt(npa)4X2](X=Cl-,NCS-)金属串配合物电子传输性质的研究

使用密度泛函理论(BP86)结合非平衡态格林函数(NEGF)方法研究金属串配合物[Cu₂Pt(npa)₄X₂] (X=Cl^-(1), NCS^-(2); npa=2-naphthyridylphenylamine)的电子结构和电子传输性质, 研究发现: (1)由于轴向配体NCS^-与Cu的结合比Cl^-的强, 使配合物1的Cu-Cu键比2的强而Cu-Pt键比2的弱, 故1的π^*_{Pt dxz/yz}轨道与π^*_Cu-Cu能级差ΔE比2小. (2) 1和2的传输通道均是β自旋的π^*轨道, 主要由π^*_Cu-Cu 和π^*_{Pt dxz/yz}轨道组合而成. ΔE越小π^*越离域, 传输能力越强. 在负偏压下和正偏压小于0.15 V时, 1的电流大于2; 但正偏压大于0.15 V后2的β电流显著高于1. (3) 2具有较好的整流效应. ΔE越大, Pt→Cu方向的传输越容易, 整流效应越强. 正偏压下2的电流显著大于负偏压下的电流, 0.15 V后2的整流比比1高10～40倍. (4)因ΔE_β< ΔE_α, α自旋通道传输能力小于β自旋的, 1和2具有良好的自旋过滤效应(高达80%～99%).     

受限高分子薄膜界面动力学与缠结的关系

通过Monte Carlo模拟结合原始路径分析(PPA)的方法,阐述了缠结高分子薄膜的界面动力学与缠结程度的关系.研究发现,以吸附势能的临界值εwc≈-0.6 kBT附近为界,当墙壁-高分子作用势能从弱吸引到强排斥变化时,界面层中的链移动快于中心层,只有当墙壁的吸引作用增强到一定程度时,界面层中的链移动才会慢于中心层.界面动力学受到促进或阻碍可能与界面层和中心层的缠结程度直接相关:界面层的缠结程度保持在本体水平上基本不变;中心层的缠结程度在强吸引表面上低于界面层,而在弱吸引和排斥表面上高于界面层.此外,中心层和界面层中高分子链受限程度的变化对薄膜界面动力学行为的转变产生一定影响.对于薄膜中链密度分布情况随墙壁-高分子作用势能变化的分析为相关的物理化学机制提供了理论依据.     

硼酸盐化学——ⅩⅩⅩⅣ.MgO-B2O3-18%MgCl2-H2O体系20℃热力学非平衡态相图

采用结晶动力学方法对MgO-B₂O₃-18%MgCl₂-H₂O体系20℃时过饱和溶液的结晶过程进行了研究, 结晶析出固相通过 X射线粉末衍射、红外光谱、热分析和化学分析进行鉴定, 从而给出该体系20℃时的热力学非平衡态相图. 该相图有8个相区分别与H₃BO₃, MgO·3B₂O₃·7.5H₂O, MgO·3B₂O₃·7H₂O, 2MgO· 3B₂O₃·15H₂O (多水硼镁石), MgO·2B₂O₃· 9H₂O, 2MgO· 2B₂O₃·MgCl₂· 14H₂O, 5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O和Mg (OH)₂相对应.