[發明專利]CdSe/CdS量子點敏化TiO2納米管復合膜的制備方法

無效

• 申請號: 201110297349.2
• 申請日: 2011-09-30
• 公開（公告）號: CN102352494A
• 公開（公告）日: 2012-02-15
• 發明（設計）人: 杜榮歸;張娟;林澤泉;朱燕峰;林昌健
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C23C18/00
• 分類號: C23C18/00;C25D11/26
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種納米管復合膜，尤其是涉及一種CdSe/CdS量子點敏化TiO₂納米管復合膜的制備方法。

背景技術

陰極保護是通過外加電流或連接犧牲陽極使被保護的金屬陰極極化，也即降低金屬電極電位到保護電位范圍內，達到防蝕目的，是一種重要的防止或控制金屬腐蝕的方法。但是，這種方法需要消耗電能或陽極金屬材料。1995年Yuan和Tsujikawa發現在光照條件下，表面覆蓋TiO₂涂層的Cu電極在紫外光照射下電極電位發生負移，對Cu具有陰極保護作用。由此發展了一種新的陰極保護技術，即光生陰極保護法。與傳統的陰極保護相比，這種技術利用TiO₂的光電效應，不需要犧牲陽極，也不需要消耗電能，成本更低，顯示出誘人的應用前景。

光生陰極保護技術，即利用半導體TiO₂的光電性質，將其制備成涂層與金屬連接，在紫外光照射下，TiO₂半導體價帶電子就會被激發到導帶，而在價帶上產生相應的空穴，即產生光生電子-空穴對。光生電子從TiO₂的導帶進入金屬表面，使金屬的電極電位降至顯著低于腐蝕電位，即發生陰極極化，從而達到陰極保護的效果。雖然從理論上講，此種技術利用太陽能，更環保更適應人類發展的需求，但一些技術難題限制了它的實際應用。這些問題最主要是：(1)光照時，受TiO₂寬禁帶(3.2eV)的限制，只能吸收波長小于380nm的紫外光，大部分的可見光都不能有效被利用，光電效率低。(2)光照后轉為暗態時，產生的光生電子-空穴對復合快，不能對金屬提供長時間的陰極保護。

由于上述問題，許多科研工作者展開了大量的研究。包括不斷優化制備膜的條件([4]Wang?D?A，Liu?Y，Wang?C?W，et?al.TiO₂?Nanotube?Arrays?Fabricated?by?Anodization[J].Progress?in?Chemistry，2010，22(6)：1035-1043；[5]Nakahira?A，Konishi?K，Yokota?K.et?al.Synthesis?of?Novel?Structured?TiO₂?with?Mesopores?by?Anodic?Oxidation[J].Inorganic?Chemistry，2010，49(1)：47-51；[6]Yun?H，Lin?C，Li?J，et?al.Low-temperature?hydrothermal?formation?of?a?net-like?structured?TiO₂film?and?its?performance?of?photogenerated?cathode?protection[J].Applied?Surface?Science，2008，255(5)：2113-2117；[7]Zhu?Y?F，Du?R?G.，Li?J，et?al.Photogenerated?Cathodic?Protection?Properties?of?a?TiO₂?Nanowire?Film?Prepared?by?a?Hydrothermal?Method[J].Acta?Physico-Chimica?Sinica?2010，26(9)：2349-2353)，以及對TiO₂半導體進行改性處理(8、Tu?Y?F，Huang?S?Y，Sang?J?P，et?al.Preparation?of?Fe-doped?TiO₂?nanotube?arrays?and?their?photocatalytic?activities?under?visible?light[J].Materials?Research?Bulletin，2010，45(2)：224-229；[9]Lai?Y?K，Huang?J?Y，Zhang?H?F?et?al.Nitrogen-doped?TiO₂?nanotube?array?films?with?enhanced?photocatalytic?activity?under?various?light?sources[J]Journal?of?Hazardous?Materials，2010，184(1-3)：855-863；[10]Zhou?M?J，Zeng?Z?O，Zhong?L.Energy?storage?ability?and?anti-corrosion?protection?properties?of?TiO₂-SnO₂?system[J]Materials?and?Ccorrosion-Werkstoffe?und?Korrosion，2010，61(4)：324-327；[11]Subasri?R，Shinohara?T，Mori?K.TiO₂-based?photoanodes?for?cathodic?protection?of?copper[J].Journal?of?the?Electrochemical?Society，2005，152(3)：B105-B110；[12]Lin?Z?Q，Lai?Y?K，Hu?R?G，et?al.A?highly?efficient?ZnS/CdSTiO₂?photoelectrode?for?photogenerated?cathodic?protection?of?metals[J]Electrochimica?Acta，2010，55(28)：8717-8723)。其中用陽極氧化法制備的納米管陣列膜，比表面積更大，與納米顆粒組成的薄膜相比，更適合電子的傳輸。但是，這種單純的TiO₂納米管陣列膜對太陽光的利用率仍然低，且光生電子-空穴對快速復合，光電轉化效率較低。采用某些半導體量子點作為光敏劑，對TiO₂薄膜進行敏化，通過控制半導體量子點的尺寸調節它們的能帶，使其吸收光譜分布在太陽光區；另外，半導體量子點的化學穩定性好，價格低廉，應用在太陽能電池以及光催化中，已顯示出優良的光電化學性能。但是，在光生陰極保護的研究方面，還缺乏應用制備量子點方法對TiO₂納米膜進行改性的報道。