TiO-,2-納米管復(fù)合膜的光生陰極保護(hù)研究.pdf

1、TiO2具有良好的光電特性、光催化性及化學(xué)穩(wěn)定性等，在光催化劑、氣敏傳感器、太陽能電池、光生陰極保護(hù)等高科技領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，成為一種最具潛力的半導(dǎo)體材料。將光照下的納米氧化鈦膜層產(chǎn)生的光生陰極保護(hù)作用應(yīng)用于金屬防腐蝕已經(jīng)引起科學(xué)家的極大興趣。但TiO2覆蓋膜作為金屬防腐蝕涂層存在膜層缺陷和不均一性的技術(shù)問題，而且由于TiO2帶隙較寬(Eg=3.0-3.2ev)，只吸收λ<387nm的紫外光，而且光激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)易于復(fù)合，導(dǎo)

2、致光量子效率低，太陽光譜中占絕對(duì)大分量的可見光未能有效利用，導(dǎo)致在可見光和暗態(tài)下不能起到有效的光生陰極保護(hù)作用。 本論文側(cè)重發(fā)展多種先進(jìn)的TiO2納米復(fù)合膜材料和表面改性技術(shù)，采用溶膠凝膠法和浸漬提拉技術(shù)在316不銹鋼及銅表面構(gòu)筑納米TiO2薄膜及SnO2-TiO2、N-TiO2復(fù)合膜，引入紫外光對(duì)薄膜進(jìn)行改性。同時(shí)發(fā)展電化學(xué)陽極氧化法，在鈦基體表面制備一層具有特殊納米結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列和金屬離子摻雜的TiO2納米管膜。利

3、用SEM、XRD、XPS、UV-Vis等表征方法系統(tǒng)研究納米薄膜的形貌、晶型、組成等。采用腐蝕電化學(xué)和光電化學(xué)相結(jié)合技術(shù)，測試膜層的光電化學(xué)性質(zhì)，研究TiO2復(fù)合顆粒膜及摻雜半導(dǎo)體納米管陣列薄膜對(duì)金屬基體的光生陰極保護(hù)作用。以期通過摻雜改性技術(shù)和利用具有奇特性質(zhì)的納米管陣列作為光陽極有效延長光生電子-空穴對(duì)的壽命，強(qiáng)化可見光范圍內(nèi)和暗態(tài)下持續(xù)有效的光生陰極保護(hù)的作用，并探明膜層光生陰極保護(hù)的作用機(jī)理。主要進(jìn)展及研究成果如下： 1

4、.對(duì)傳統(tǒng)TiO2溶膠制備方法進(jìn)行了改進(jìn)，簡化實(shí)驗(yàn)操作程序，在室溫下制備了顆粒尺寸可控的超微粒子TiO2、TiO2-SnO2、N-TiO2溶膠，各種光電化學(xué)技術(shù)研究在金屬表面超薄納米TiO2復(fù)合摻雜顆粒膜在不同腐蝕性溶液體系中的耐腐蝕行為，同時(shí)考察溶液濃度、膜厚、摻雜等條件的影響，制備了有最佳耐蝕性的納米膜，有效提高金屬或合金的耐腐蝕性能，并探明納米膜的抗腐蝕機(jī)理。 2.采用腐蝕電化學(xué)和光電化學(xué)方法研究納米TiO2膜及其復(fù)合膜的光

5、電性能及影響因素。發(fā)現(xiàn)復(fù)合膜能夠減緩光生電子空穴對(duì)電荷的復(fù)合，在紫外光照射下產(chǎn)生較強(qiáng)的光生電流；采用濕法實(shí)現(xiàn)了有效的N摻雜，N摻雜形成了新能級(jí)，通過N2p與O2p態(tài)的混合而導(dǎo)致TiO2禁帶寬度變窄，獲得了良好的可見光響應(yīng)。實(shí)現(xiàn)在紫外、可見光和暗態(tài)下高效的光生陰極保護(hù)，同時(shí)也使納米膜和復(fù)合膜具有更強(qiáng)的阻擋層作用，發(fā)揮納米復(fù)合膜的雙重保護(hù)協(xié)同作用的功能。 3.在含有F-的電解液體系中，采用電化學(xué)陽極氧化法成功地在鈦基體表面制備了排列

6、整齊、高度有序的TiO2納米管及Fe摻雜型納米管陣列。采用光電化學(xué)聯(lián)用系統(tǒng)研究納米管陣列的光電響應(yīng)特性，結(jié)果表明：以TiO2納米管陣列膜作為光生陽極時(shí).在紫外光區(qū)(λ<387nm)有顯著增強(qiáng)的光生電流響應(yīng)。 4.采用在氟化電解液中直接加入含有Fe2+摻雜物的方法，成功實(shí)現(xiàn)了納米TiO2的Fe摻雜，鐵元素以Fe的氧化物或者Fe(Ⅲ)離子的形式接入半導(dǎo)體TiO2的晶格中，窄化TiO2帶隙，使光譜響應(yīng)擴(kuò)展到波長大于400nm的可見光區(qū)