在国防、能源、工程和生物医学领域中,碳钢基部件的腐蚀是一个严重的问题。其中N-杂环缓蚀剂可以有效的抑制碳钢腐蚀。吖啶类作为重要的N-杂环化合物,具有毒性低、易合成、水溶性好、大的共轭体系等优点,具备成为“绿色高效缓蚀剂”的优势。但是目前对吖啶类化合物作为缓蚀剂的研究比较少,而且几乎没有开展对吖啶类分子进行修饰以提高其对钢材料的腐蚀防护功能和缓蚀机理方面的研究。鉴于此,本论文设计合成了系列吖啶类化合物,对其在不同腐蚀介质中的抗腐蚀性能和缓蚀机理进行了深入研究。本文的具体工作如下:以环己酮类化合物和邻氨基二苯甲酮为原料制备了四种带有-CH3和-CO2C2H5官能团的四氢吖啶化合物。采用失重法、电化学法、表面分析法对它们在15%HCl和1 M HCl中对碳钢的缓蚀性能进行了评价。实验证明这四种四氢吖啶化合物在HCl中对碳钢均有良好的缓蚀性能,并以抑制电极阴极反应为主,在碳钢表面吸附遵循Langmuir吸附等温式。缓蚀效率与四氢吖啶化合物浓度成正比,与测试温度成反比,且-CH3取代的四氢吖啶比-CO2C2H5取代的四氢吖啶具有更高的供电子能力,表现出更高的缓蚀效率。四氢吖啶化合物与Tween-80在1 M HCl中的缓蚀协同作用研究结果表明,添加少量的Tween-80可使缓蚀效率明显提高,在加入200 mg L-1四氢吖啶与10 mg L-1的Tween-80时缓蚀效率高达98.69%,体现出很好的协同作用。为保持高缓蚀效率、降低缓蚀剂用量,我们设想对四氢吖啶化合物进行脱氢、增加共轭结构,制备出了系列吖啶衍生物。采用失重法和前线轨道理论法对其在1M HCl中的缓蚀作用进行了筛选评价。实验数据表明卤代吖啶衍生物的缓蚀作用优于无卤代吖啶衍生物,且带有-Br取代基的缓蚀效率强于-F和-Cl取代基。在投入量为0.4 m M(～140 mg L-1)时缓蚀效率可以提高到98.75%,大大降低了缓蚀剂单独使用的投料量。量子化学计算表明吖啶衍生物分子的吸附活性中心位于吖啶环和卤素原子,并以中性分子形式与Fe原子形成配位键,以质子化形式与Fe原子形成反馈键。在致力于研发高效环保型吖啶类缓蚀剂在酸性介质中的防腐应用,我们考虑吖啶化合物在海水介质中是否同样具有抗腐蚀作用,尝试将吖啶化合物进行修饰成吖啶盐,以增加其溶解性。同时对10-甲基吖啶盐与柠檬酸钠进行复配,探究了其在循环冷却海水中对碳钢的防腐作用。实验结果表明该复配物是以阳极为主的混合型缓蚀剂,在钢电极表面的吸附遵循Langmuir吸附等温式,包含物理和化学吸附。XPS分析表明,在海水介质中,吖啶盐是通过化学吸附以及与亚铁离子螯合的方式在碳钢表面成膜。10-甲基吖啶盐与柠檬酸钠的投入量分别为50 mg L-1和100 mg L-1时,最优缓蚀效率为94.1%。考虑到吖啶盐的良好吸附成膜特性,在碳钢基底制备了吖啶盐自组装膜,利用电化学法和表面分析法探究了自组装膜的疏水性及腐蚀抑制作用。实验结果表明该自组装膜具有很好的疏水性,且主要抑制碳钢电极的阳极溶解反应,在碳钢表面的吸附以化学吸附为主。最佳成膜时间为4 h,在300 mg L-1时缓蚀效率达92.75%。量子化学计算表明吖啶环和苯基在成膜期间具有重要的作用。本研究将为通过自组装策略来增强缓蚀剂对碳钢的腐蚀抑制能力提供一个适用有效的途径。