[發明專利]Bi₂S₃/TiO₂納米棒復合膜光陽極的制備方法在審

申請號：	201510769451.6	申請日：	2015-11-12
公開（公告）號：	CN105386061A	公開（公告）日：	2016-03-09
發明（設計）人：	杜榮歸;胡娟;劉青;梁燕	申請（專利權）人：	廈門大學
主分類號：	C23F13/08	分類號：	C23F13/08
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
地址：	361005 ***	國省代碼：	福建;35
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摘要：
搜索關鍵詞：	bi sub tio 納米復合陽極制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及納米棒復合膜光陽極，尤其是涉及Bi₂S₃/TiO₂納米棒復合膜光陽極的制備方法。

背景技術

上世紀90年代，Yuan等^[1]發現TiO₂納米顆粒涂層可以對銅基體起到光生陰極保護作用。其基本原理是：在光照下，TiO₂吸收合適能量的光子產生光生電子-空穴對，然后光生電子轉移到被保護的金屬表面，使其電位遠低于自腐蝕電位從而抑制其腐蝕反應，同時空穴被介質中的空穴捕獲劑捕獲。在隨后的研究中，Fujishima等^[2]報道了TiO₂涂層對304不銹鋼的光生陰極保護效果，Tsujikawa等^[3,4]報道了其對304不銹鋼及碳鋼的光生陰極保護效果。利用TiO₂涂層的光電轉換效應對金屬及不銹鋼進行光生陰極保護是一種不需要消耗電能且環保高效的新型陰極保護方式。Park等^[5]為了解決因TiO₂涂層皸裂而引起的被保護基體縫隙腐蝕問題，提出了采用TiO₂膜光陽極耦連被保護金屬，對金屬進行保護的另一種光生陰極保護方式。采用這種方法可以方便地研究和應用TiO₂改性膜光陽極的光生陰極保護效應，而不對被保護金屬表面產生有害影響。在光生陰極保護的研究中，不同形貌的TiO₂納米材料如：納米顆粒膜^[6,7]，納米管膜^[8,9]，納米線膜等^[10]都得到了應用。在TiO₂納米顆粒膜中，由于顆粒之間的能量位壘，電子的傳輸主要是通過躍遷機制進行的，因此，與TiO₂納米顆粒膜相比，一維結構的TiO₂有更高效的電子傳輸效率^[11-13]。

TiO₂主要以銳鈦礦型、金紅石型和板鈦礦型存在于自然界中。由于板鈦礦在自然界中稀有，難以合成，因此，板鈦礦的研究相對較少^[14]。銳鈦礦TiO₂在400～1200℃下可向金紅石相轉化^[15]，轉變溫度及反應速率與反應前驅物的條件有很大的關系^[16-18]，因此，從長期的穩定性來看，金紅石型TiO₂會更加穩定。然而，在光生陰極保護研究中，所采用的TiO₂基本都是銳鈦礦型TiO₂。事實上，在太陽能電池和光催化制氫領域，金紅石相TiO₂已經被證明具有和銳鈦礦TiO₂相比擬的效果^[13,19]，因此，金紅石型TiO₂在光生陰極保護中也可以得到應用。盡管金紅石TiO₂的禁帶寬度(3.0eV)比銳鈦礦TiO₂(3.2eV)的禁帶寬度要小^[20]，但是金紅石相TiO₂仍然不能有效利用可見光，因此，有必要拓寬金紅石相TiO₂在可見光的光譜響應。Bi₂S₃是一種窄禁帶的半導體且具有大的吸光系數，除此之外，它的導帶位置比TiO₂要更負^[21]，這使得Bi₂S₃導帶中的光生電子可以順利傳輸給TiO₂的導帶，因此，Bi₂S₃可以作為一種有效的TiO₂光敏劑，Bi₂S₃與TiO₂復合可能成為優良光電轉換性能的光陽極。