I. Tổng quan về chất chống oxy hóa và ăn mòn kim loại
Nghiên cứu về chất chống oxy hóa và khả năng ức chế ăn mòn kim loại là một lĩnh vực quan trọng trong hóa học. Chất chống oxy hóa có khả năng ngăn chặn sự hình thành gốc tự do, từ đó bảo vệ các vật liệu kim loại khỏi sự ăn mòn. Các hợp chất như thiourea và các dẫn xuất của nó đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc ức chế ăn mòn. Theo nghiên cứu, các hợp chất này có cấu trúc phân tử chứa các dị tố như N, O, S, giúp tăng cường khả năng hấp phụ lên bề mặt kim loại. Điều này không chỉ giúp bảo vệ kim loại mà còn cải thiện độ bền của vật liệu trong môi trường khắc nghiệt.
1.1. Khái niệm về ăn mòn kim loại
Ăn mòn kim loại là quá trình phá hủy kim loại do tác động của môi trường. Quá trình này có thể xảy ra qua nhiều cơ chế khác nhau, bao gồm ăn mòn điện hóa và ăn mòn hóa học. Chất ức chế ăn mòn đóng vai trò quan trọng trong việc làm chậm quá trình này. Các chất này thường hoạt động bằng cách tạo ra một lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại, ngăn chặn sự tiếp xúc giữa kim loại và môi trường. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng chất chống oxy hóa có thể làm tăng hiệu quả của các chất ức chế ăn mòn, từ đó bảo vệ kim loại tốt hơn.
1.2. Tình hình nghiên cứu về chất chống oxy hóa
Nghiên cứu về chất chống oxy hóa đã thu hút sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học. Các hợp chất như DPPH và ABTS đã được sử dụng rộng rãi để đánh giá khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất thiourea. Các nghiên cứu cho thấy rằng các hợp chất này có khả năng dập tắt gốc tự do hiệu quả, nhờ vào cơ chế cho electron hoặc nguyên tử hydro. Việc áp dụng tính toán hóa lượng tử trong nghiên cứu này giúp xác định cấu trúc và tính chất của các hợp chất, từ đó tối ưu hóa khả năng chống oxy hóa của chúng.
II. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu trong luận án này bao gồm cả thực nghiệm và lý thuyết. Các phương pháp thực nghiệm như đo đường phân cực (PDP) và phổ tổng trở điện hóa (EIS) được sử dụng để khảo sát khả năng ức chế ăn mòn kim loại của các dẫn xuất thiourea. Đồng thời, các phương pháp như DPPH và ABTS cũng được áp dụng để đánh giá khả năng chống oxy hóa. Việc kết hợp giữa thực nghiệm và tính toán hóa lượng tử giúp cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế hoạt động của các chất này.
2.1. Phương pháp thực nghiệm
Các thí nghiệm được thực hiện trong môi trường axit HCl và NaCl để khảo sát khả năng ức chế ăn mòn của các dẫn xuất thiourea. Kết quả cho thấy rằng nồng độ và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất ức chế. Các phương pháp như SEM cũng được sử dụng để quan sát bề mặt kim loại sau khi xử lý với các chất ức chế. Điều này giúp xác định rõ hơn về cơ chế hoạt động của các chất này trong việc bảo vệ kim loại khỏi sự ăn mòn.
2.2. Phương pháp lý thuyết
Phương pháp tính toán hóa lượng tử được áp dụng để mô phỏng và phân tích các đặc tính của các chất ức chế. Các thông số như mật độ điện tích Mulliken và năng lượng obitan phân tử được tính toán để đánh giá khả năng tương tác giữa chất ức chế và bề mặt kim loại. Việc sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) giúp cung cấp thông tin chi tiết về cấu trúc và tính chất của các hợp chất, từ đó hỗ trợ cho việc thiết kế các chất ức chế mới có hiệu quả hơn.
III. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các dẫn xuất thiourea có khả năng ức chế ăn mòn kim loại và chống oxy hóa hiệu quả. Các thí nghiệm thực nghiệm đã chỉ ra rằng hiệu suất ức chế tăng lên khi nồng độ chất ức chế tăng. Đồng thời, các kết quả từ tính toán hóa lượng tử cũng xác nhận rằng cấu trúc phân tử có ảnh hưởng lớn đến khả năng hoạt động của các chất này. Việc so sánh giữa các dẫn xuất thiourea và các chất ức chế khác cho thấy rằng một số hợp chất có hiệu quả cao hơn trong việc bảo vệ kim loại.
3.1. Khả năng ức chế ăn mòn
Khả năng ức chế ăn mòn của các dẫn xuất thiourea được đánh giá thông qua các thông số phân cực và phổ tổng trở. Kết quả cho thấy rằng các hợp chất này có thể làm giảm đáng kể mật độ dòng ăn mòn trong môi trường axit. Điều này chứng tỏ rằng chúng có khả năng tạo ra lớp bảo vệ trên bề mặt kim loại, ngăn chặn sự tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Các thông số nhiệt động học cũng được phân tích để hiểu rõ hơn về cơ chế hấp phụ của các chất này.
3.2. Khả năng chống oxy hóa
Khả năng chống oxy hóa của các dẫn xuất thiourea được đánh giá thông qua các phương pháp DPPH và ABTS. Kết quả cho thấy rằng các hợp chất này có khả năng dập tắt gốc tự do hiệu quả, nhờ vào cơ chế cho electron. Việc áp dụng tính toán hóa lượng tử cũng giúp xác định các thông số quan trọng như năng lượng phân ly liên kết và ái lực electron, từ đó cung cấp cái nhìn sâu sắc về khả năng chống oxy hóa của các chất này.
