[發明專利]用于光生陰極保護的Ag2S/TiO2復合膜光陽極的制備方法

有效

• 申請號: 201310154565.0
• 申請日: 2013-04-27
• 公開（公告）號: CN103205760A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 杜榮歸;徐璐;朱燕峰;張娟;林昌健
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C23F13/08
• 分類號: C23F13/08;C25D11/26;B05D1/18
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及一種復合膜光陽極，尤其是涉及一種用于光生陰極保護的Ag₂S/TiO₂復合膜光陽極的制備方法。

背景技術

二氧化鈦(TiO₂)是一種具有優良的光電化學性質的半導體，已廣泛應用于太陽能電池、光催化降解污染物、生物材料等方面。上世紀90年代Yuan等在Cu基體上制備TiO₂涂層，在光照條件下發現TiO₂/Cu的電極電位降低，說明TiO₂涂層對Cu基體有光生陰極保護作用（Yuan?J?N,Tsujikawa?S,et?al.,Characterization?of?sol-gel-derived?TiO₂coatings?and?their?photoeffects?on?copper?substrates[J].Journal?of?the?Electrochemical?Society,1995,142(10):3444-3450）。隨后，Fujishima研究組和Tsujikawa研究組分別報道了在304不銹鋼和碳鋼表面涂覆納米TiO₂薄膜，在紫外光照射下對金屬基體有光生陰極保護作用（Ohko?Y,Saitoh?S,et?al.,Photoelectrochemical?Anticorrosion?and?Self-Cleaning?Effects?of?a?TiO₂Coating?for?Type?304?Stainless?Steel[J].Journal?of?The?Electrochemical?Society,2001,148(1):B24-B28；Fujisawa?R,Tsujikawa?S,Photo-protection?of?304?stainless?steel?with?TiO₂coating[J].Materials?Science?Forum,1995,(185-188):1075-1081；Huang?J,Shinohara?T,et?al.,Protection?of?carbon?steel?from?atmospheric?corrosion?by?TiO₂coating[J].Zairyo?to?Kankyo,1999,48(9):575-582），使腐蝕研究者看到了開發新的防腐蝕技術的希望。根據上述的研究，如果把光照下的TiO₂薄膜通過導線與金屬連接，其產生的光生電子通過導線轉移到金屬表面，使金屬的電極電位降低，也可起到對金屬陰極保護的作用。這樣，TiO₂薄膜光生陰極保護的作用就更有實用性。因此，TiO₂薄膜的制備和在金屬腐蝕控制中的應用引起了腐蝕研究者的高度關注。

光生陰極保護作用的本質是將TiO₂半導體中光照激發產生的電子導入被保護的金屬中，使金屬的電極電位降低，發生陰極極化，從而抑制金屬的腐蝕。這種方法更加節約能源和環保，具有誘人的應用前景。但是，由于二氧化鈦是寬禁帶的半導體(3.2eV)，只能吸收波長小于387nm的紫外光，對于可見光不能進行有效地吸收，所以對太陽光的利用率較低。還有，光生電子-空穴對在光照后轉為暗態時復合速度快，會使光生陰極保護作用難以維持。為了提高TiO₂對太陽光的利用率，使其吸收范圍擴展到可見光區，可采取多種方法對其改性，如金屬或者非金屬摻雜、復合半導體或表面光敏化等。為保持暗態時TiO₂膜的某些光電化學特性，有人采用不同能級的半導體(如SnO₂或WO₃等)作為電子儲存材料與TiO₂組成復合膜，使其在光照轉為暗態時也能維持一定的特殊作用。

對TiO₂進行改性的一個重要方法是復合窄禁帶半導體，如CdS、CdSe和PbS，但這幾種物質有較大的生物毒性，不利于在某些環境中的應用。因此，研究和選擇一些毒性較小、污染較小的替代品，作為TiO₂復合膜的組分并提高其光電轉化性能有重要意義。Ag₂S是一種毒性低、禁帶寬度(E_g=1.0eV)小的半導體，可實現全譜范圍吸收，光電轉換效率較高，如應用于制備TiO₂復合膜有可能獲得良好的光電轉化性能，作為光陽極的復合膜可能產生優良的光生陰極保護作用。