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文檔簡介
1、自從Fujishima小組在1972年發(fā)現TiO2可光解水以來,TiO2就以其良好的光電特性和化學穩(wěn)定性,成為國內外研究的熱點。其中一個重要的應用就是保護金屬材料免受介質環(huán)境的腐蝕,即光生陰極保護作用。所謂光生陰極保護,就是通過半導體膜在光照下,入射光子激發(fā)半導體價帶電子發(fā)生帶間躍遷,即從價帶躍遷到導帶,形成光生電子-空穴對。光生電子向電勢較低的金屬表面遷移,導致金屬表面電子密度增加,宏觀表現為電極電勢降低,甚至遠低于金屬的自然腐蝕電勢
2、,從而使得金屬進入熱力學穩(wěn)態(tài)區(qū)即陰極保護狀態(tài)。此時,TiO2是作為非犧牲性的陽極,不需要消耗電能,可重復使用,這也是TiO2的一條重要優(yōu)點。
然而,光子激發(fā)產生的光生電子-空穴對易于復合,脫離光照后,TiO2的光生陰極保護作用隨之結束。為了克服這一局限性,本文側重于將TiO2與SnO2進行復合半導體改性,抑制光生電子-空穴對的復合,并嘗試不同的復合方式與復合量對改性的影響,尋求一個最佳模式在暗態(tài)下延續(xù)TiO2的光生陰極保護
3、性能。研究內容及成果如下:
1、采用改進的溶膠-凝膠法在室溫下制備TiO2、SnO2及二者的復合溶膠。通過浸漬-提拉技術在304不銹鋼與普通載玻片基體上構筑一定厚度的TiO2納米膜、混合式TiO2-SnO2復合納米膜、疊層式TiO2/SnO2復合納米膜。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(UV-Vis)等手段對各溶膠和納米膜進行表征。結果表明,各溶膠的粒度分布
4、較窄,無大顆粒的團聚??砷L期穩(wěn)定存放。各干凝膠在450℃焙燒就具有良好的結晶,所得納米膜成膜性較好?;旌戏◤秃蟂nO2后,復合納米膜的成膜性較純TiO2得到進一步優(yōu)化。
2、應用腐蝕電化學與光電化學方法研究TiO2納米膜及復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-時間曲線表明單純TiO2納米膜在有光照時,304不銹鋼基體的自腐蝕電位大幅下降,關閉光照后又回升至初始值;動電位極化曲線和電化學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基體免受腐蝕:有光照時作為光陽極為304不銹鋼基體補償光生電子,基體的光生電位大幅度下降,處于陰極保護區(qū)域,得到電化學保護;無光照時作為物理阻擋層阻礙基體與介質環(huán)境相互作用。但與光生陰極保護相比,保護性能有限。
3、隨著混合式TiO2-SnO2復合半導體中Sn/Ti摩爾比例的增加,表面構筑復合納米膜的304不銹鋼在關閉光源后的自腐蝕電位回升幅度逐漸減小,當Sn/Ti為1:1時,改性效果最佳
6、。由此可看出SnO2在光照情況下儲存了來源于TiO2導帶的光生電子,在無光照時再將這些電子緩慢釋放到基體表面,繼續(xù)使其電勢維持在較低的值。同時,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復合納米膜相比,疊層式TiO2/SnO2復合納米膜的光生陰極保護性能最優(yōu)。當底層SnO2為3層時,疊層式TiO2/SnO2復合納米膜的光電防腐性能最
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