Advanced Corrosion Modelling: an Atomistic Approach to Describe the Corrosion Inhibition Process

Resum

Els compostos inorgànics tòxics, normalment utilitzats com a inhibidors de la corrosió en pel·lícules de pintura, estan sent reemplaçats per compostos més respectuosos amb el medi ambient en recobriments a les indústries aeroespacial, automotriu i d'infraestructura. Això no obstant, cal comprendre millor el mecanisme d'inhibició de la corrosió després d'aquests compostos. El modelatge molecular pot proporcionar informació mitjançant l'anàlisi de la interfície metall-inhibidor-aigua, però una representació realista dels processos electroquímics és crucial. En aquesta tesi, cal considerar sis aspectes crítics (A) per descriure de manera realista el procés d'inhibició de la corrosió al modelatge: (A1) les propietats electròniques dels inhibidors aïllats, (A2) la interacció de l'inhibidor amb la superfície , (A3) la superfície model, (A4) l'efecte de les zones anòdica i catòdica a la superfície, (A5) els efectes del dissolvent i (A6) els efectes potencials dels elèctrodes. Si bé els aspectes A1-A3 generalment es consideren a la literatura, els aspectes A4-A6 i alguns models de superfície més complexos en A3 no ho són. Aquí ens centrarem en dos principals: el potencial de l'elèctrode aplicat i els efectes del dissolvent._x000D_ El sistema escollit per mostrar aquests dos aspectes és l'adsorció de 2-mercaptobenzoimidazol (MBI) sobre superfícies de Cu(111). Els nostres resultats de DFT i NEGF mostren que el sistema es torna més estable a mesura que augmenta la cobertura de molècules, formant una monocapa autoacoblada (SAM). L'estructura electrònica és sensible al voltatge aplicat, cosa que indueix una redistribució de càrrega al sistema, on l'MBI actua com un metall i acumula la càrrega induïda a la vora de la molècula._x000D_ El pas final va abordar els efectes dels solvents a l'adsorció de MBI, on es va utilitzar la metodologia que combina el formalisme NEGF i el mètode de QM/MM sota diferents condicions de cobertura: superfície, cobertura baixa amb un MBI adsorbit i un cas de alta cobertura amb sis MBI adsorbits i sota diferents voltatges aplicats. Els resultats suggereixen que es forma una SAM estable en cas d'alta cobertura. Preval al llarg de la dinàmica i actua com una barrera física entre les molècules d'aigua i la superfície, i n'impedeix la interacció amb la superfície metàl·lica. Els resultats a la superfície i amb un MBI adsorbit van mostrar una capa d'aigua directament en contacte amb la superfície de Cu, contrari al cas amb un SAM adsorbit, on la primera capa d'aigua se situa al final de l'estructura del SAM._x000D_ Finalment, es va fer una col·laboració amb la Universitat RMIT per investigar l'adsorció de 2-MBT i 2-ABT en acer galvanitzat, utilitzant una superfície model Zn(0001). Les troballes es van alinear amb dades experimentals utilitzant XPS, que va revelar la unió entre 2-ABT i Zn a través de l'endo S i el 2-MBT a través d'endo N i exo S. Les dades experimentals també van destacar la forta interacció entre el 2 -MBT i la superfície, formant potencialment complexos amb ions Zn2+._x000D_ Els resultats d'aquest enfocament QM/MM-NEGF es diferencien del modelatge CI habitual, que no té una descripció precisa del procés atomístic que passa a la interfície aquosa de l'inhibidor metàl·lic. En canvi, lenfocament QM/MM-NEGF proporciona una forma precisa i predictiva de simular interaccions fonamentals que condueixen a propietats de CI. A més, els resultats d'aquest enfocament es poden utilitzar potencialment per alimentar mètodes d'intel·ligència artificial (IA) i models multiescala, que poden tancar la bretxa entre el modelatge de CI a nanoescala i l'escala contínua dels processos de CI. Això podria millorar la nostra comprensió de la inhibició de la corrosió i conduir a solucions més efectives.

Data del Ajut	6 de juny 2024
Idioma original	Anglès
Supervisor	Ernane de Freitas Martins (Director/a), Ivan Cole (Director/a) & Pablo Jesús Ordejón Rontome (Director/a)