TiO2、SnO2復(fù)合納米膜的制備及光生陰極保護(hù)性能研究.pdf

1、自從Fujishima小組在1972年發(fā)現(xiàn)TiO2可光解水以來，TiO2就以其良好的光電特性和化學(xué)穩(wěn)定性，成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。其中一個(gè)重要的應(yīng)用就是保護(hù)金屬材料免受介質(zhì)環(huán)境的腐蝕，即光生陰極保護(hù)作用。所謂光生陰極保護(hù)，就是通過半導(dǎo)體膜在光照下，入射光子激發(fā)半導(dǎo)體價(jià)帶電子發(fā)生帶間躍遷，即從價(jià)帶躍遷到導(dǎo)帶，形成光生電子-空穴對(duì)。光生電子向電勢(shì)較低的金屬表面遷移，導(dǎo)致金屬表面電子密度增加，宏觀表現(xiàn)為電極電勢(shì)降低，甚至遠(yuǎn)低于金屬的自然腐蝕電勢(shì)

2、，從而使得金屬進(jìn)入熱力學(xué)穩(wěn)態(tài)區(qū)即陰極保護(hù)狀態(tài)。此時(shí)，TiO2是作為非犧牲性的陽極，不需要消耗電能，可重復(fù)使用，這也是TiO2的一條重要優(yōu)點(diǎn)。
　　 然而，光子激發(fā)產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)易于復(fù)合，脫離光照后，TiO2的光生陰極保護(hù)作用隨之結(jié)束。為了克服這一局限性，本文側(cè)重于將TiO2與SnO2進(jìn)行復(fù)合半導(dǎo)體改性，抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合，并嘗試不同的復(fù)合方式與復(fù)合量對(duì)改性的影響，尋求一個(gè)最佳模式在暗態(tài)下延續(xù)TiO2的光生陰極保護(hù)

3、性能。研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　 1、采用改進(jìn)的溶膠-凝膠法在室溫下制備TiO2、SnO2及二者的復(fù)合溶膠。通過浸漬-提拉技術(shù)在304不銹鋼與普通載玻片基體上構(gòu)筑一定厚度的TiO2納米膜、混合式TiO2-SnO2復(fù)合納米膜、疊層式TiO2/SnO2復(fù)合納米膜。利用激光粒度分析、X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)和紫外-可見光光度計(jì)（UV-Vis）等手段對(duì)各溶膠和納米膜進(jìn)行表征。結(jié)果表明，各溶膠的粒度分布

4、較窄，無大顆粒的團(tuán)聚?？砷L(zhǎng)期穩(wěn)定存放。各干凝膠在450℃焙燒就具有良好的結(jié)晶，所得納米膜成膜性較好。混合法復(fù)合SnO2后，復(fù)合納米膜的成膜性較純TiO2得到進(jìn)一步優(yōu)化。
　　 2、應(yīng)用腐蝕電化學(xué)與光電化學(xué)方法研究TiO2納米膜及復(fù)合納米膜在模擬海水中的光電性能和耐腐蝕行為。開路電位-時(shí)間曲線表明單純TiO2納米膜在有光照時(shí)，304不銹鋼基體的自腐蝕電位大幅下降，關(guān)閉光照后又回升至初始值；動(dòng)電位極化曲線和電化學(xué)交流阻抗譜表明在有紫

5、外光照和無紫外光照下均能很好的保護(hù)基體免受腐蝕：有光照時(shí)作為光陽極為304不銹鋼基體補(bǔ)償光生電子，基體的光生電位大幅度下降，處于陰極保護(hù)區(qū)域，得到電化學(xué)保護(hù)；無光照時(shí)作為物理阻擋層阻礙基體與介質(zhì)環(huán)境相互作用。但與光生陰極保護(hù)相比，保護(hù)性能有限。
　　 3、隨著混合式TiO2-SnO2復(fù)合半導(dǎo)體中Sn/Ti摩爾比例的增加，表面構(gòu)筑復(fù)合納米膜的304不銹鋼在關(guān)閉光源后的自腐蝕電位回升幅度逐漸減小，當(dāng)Sn/Ti為1：1時(shí)，改性效果最佳

6、。由此可看出SnO2在光照情況下儲(chǔ)存了來源于TiO2導(dǎo)帶的光生電子，在無光照時(shí)再將這些電子緩慢釋放到基體表面，繼續(xù)使其電勢(shì)維持在較低的值。同時(shí)，塔菲爾極化曲線和交流阻抗圖譜也表明，隨著Sn/Ti比例的增加，納米膜的抗腐蝕性變好。
　　 4、與純TiO2納米膜、混合式TiO2-SnO2復(fù)合納米膜相比，疊層式TiO2/SnO2復(fù)合納米膜的光生陰極保護(hù)性能最優(yōu)。當(dāng)?shù)讓覵nO2為3層時(shí)，疊層式TiO2/SnO2復(fù)合納米膜的光電防腐性能最