TiO2納米管陣列改性、表征及光生陰極保護(hù)行為的研究.pdf

1、金屬材料腐蝕問(wèn)題給人類帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。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(xué)意義與工業(yè)應(yīng)用前景。Yuan和Tsujikawa首先提出光生陰極保護(hù)的概念，利用半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換特性產(chǎn)生的光生電子，使金屬表面電位負(fù)移，而使之得到陰極保護(hù)。該方法具有不需要消耗電能，不需要犧牲陽(yáng)極、成本低廉、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前金屬防腐蝕技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。然而，要實(shí)現(xiàn)TiO2光生陰極保護(hù)的實(shí)際應(yīng)用，

2、尚有若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題亟待解決：1）TiO2帶隙較寬(Eg=3.0-3.2eV)，只能吸收波長(zhǎng)小于387nm的光，而太陽(yáng)光譜中占大部分能量的可見(jiàn)光未能有效利用；2）TiO2光激發(fā)產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)易復(fù)合，光量子產(chǎn)率不高；3）在暗態(tài)下無(wú)法維持對(duì)金屬的陰極保護(hù)。
　　 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(duì)的復(fù)合，提高太陽(yáng)能利用率，為實(shí)現(xiàn)TiO2在光生陰極保護(hù)方面的實(shí)際應(yīng)用做探索。采用簡(jiǎn)單易行的方法

3、，對(duì)TiO2納米管陣列膜進(jìn)行摻雜改性；利用導(dǎo)電聚合物及半導(dǎo)體耦合技術(shù)，構(gòu)筑TiO2復(fù)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(duì)膜層的形貌、晶型和表面組分進(jìn)行分析，利用紫外-可見(jiàn)吸收光譜(UV-Vis)和光電聯(lián)用系統(tǒng)測(cè)試各種納米復(fù)合材料光陽(yáng)極的光電響應(yīng)特性和光生陰極保護(hù)行為。主要研究進(jìn)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(duì)電化學(xué)陽(yáng)極氧化

4、法制備的TiO2納米管陣列膜進(jìn)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(kuò)展至可見(jiàn)光區(qū)(閥值為520nm)，促進(jìn)光生載流子的分離，提高光電效率。通過(guò)綜合分析摻雜方法和鈷摻雜量對(duì)TiO2納米管陣列膜光電性能的影響，初步探討了鈷摻雜機(jī)理。在光照下，Co2+摻雜的TiO2納米管陣列膜的陰極保護(hù)性能明顯優(yōu)于純TiO2納米管陣列膜。
　　 2．將噻吩單體(thiophene)通過(guò)電化學(xué)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(fù)合膜，并探索合適的電化學(xué)聚合沉積條件。結(jié)果表明：所制備的PTH/TiO2納米管陣列復(fù)合膜，光響應(yīng)范圍拓展至可見(jiàn)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(fù)合光陽(yáng)極對(duì)403不銹鋼的陰極保護(hù)作用明顯優(yōu)于TiO2納米管光陽(yáng)極，在可見(jiàn)光條件下，而PTH/TiO2納米管復(fù)合光陽(yáng)極對(duì)403不銹鋼具有一定的陰極防護(hù)作