TiO2納米管陣列改性、表征及光生陰極保護行為的研究.pdf

1、金屬材料腐蝕問題給人類帶來巨大的經(jīng)濟損失和資源浪費。傳統(tǒng)的金屬防腐蝕技術(shù)均存在一定的缺陷，發(fā)展環(huán)境友好型的金屬防腐蝕技術(shù)具有重要的科學意義與工業(yè)應(yīng)用前景。Yuan和Tsujikawa首先提出光生陰極保護的概念，利用半導體光電轉(zhuǎn)換特性產(chǎn)生的光生電子，使金屬表面電位負移，而使之得到陰極保護。該方法具有不需要消耗電能，不需要犧牲陽極、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點，已成為當前金屬防腐蝕技術(shù)研究的熱點之一。然而，要實現(xiàn)TiO2光生陰極保護的實際應(yīng)用，

2、尚有若干關(guān)鍵技術(shù)問題亟待解決：1）TiO2帶隙較寬(Eg=3.0-3.2eV)，只能吸收波長小于387nm的光，而太陽光譜中占大部分能量的可見光未能有效利用；2）TiO2光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子-空穴對易復合，光量子產(chǎn)率不高；3）在暗態(tài)下無法維持對金屬的陰極保護。
　　 本工作旨在拓展TiO2納米管陣列膜的光譜響應(yīng)范圍，抑制光生電子-空穴對的復合，提高太陽能利用率，為實現(xiàn)TiO2在光生陰極保護方面的實際應(yīng)用做探索。采用簡單易行的方法

3、，對TiO2納米管陣列膜進行摻雜改性；利用導電聚合物及半導體耦合技術(shù)，構(gòu)筑TiO2復合納米管陣列膜。應(yīng)用掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)和X射線光電子能譜儀(XPS)對膜層的形貌、晶型和表面組分進行分析，利用紫外-可見吸收光譜(UV-Vis)和光電聯(lián)用系統(tǒng)測試各種納米復合材料光陽極的光電響應(yīng)特性和光生陰極保護行為。主要研究進展及成果如下：
　　 1．采用溶膠凝膠法、連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法、浸漬法成功對電化學陽極氧化

4、法制備的TiO2納米管陣列膜進行鈷摻雜改性。發(fā)現(xiàn)摻雜適量Co2+可有效窄化TiO2帶隙寬度，光響應(yīng)擴展至可見光區(qū)(閥值為520nm)，促進光生載流子的分離，提高光電效率。通過綜合分析摻雜方法和鈷摻雜量對TiO2納米管陣列膜光電性能的影響，初步探討了鈷摻雜機理。在光照下，Co2+摻雜的TiO2納米管陣列膜的陰極保護性能明顯優(yōu)于純TiO2納米管陣列膜。
　　 2．將噻吩單體(thiophene)通過電化學聚合法在TiO2納米陣列膜表

5、面聚合沉積聚噻吩(polythiophene)薄膜，成功構(gòu)筑了PTH/TiO2納米管陣列復合膜，并探索合適的電化學聚合沉積條件。結(jié)果表明：所制備的PTH/TiO2納米管陣列復合膜，光響應(yīng)范圍拓展至可見光區(qū)(閥值為630nm)，顯著提高了紫外光區(qū)的光電效率。在光照下，PTH/TiO2納米管復合光陽極對403不銹鋼的陰極保護作用明顯優(yōu)于TiO2納米管光陽極，在可見光條件下，而PTH/TiO2納米管復合光陽極對403不銹鋼具有一定的陰極防護作