[發明專利]一種TiO2/BaTiO3/RGO三元復合光電薄膜、其快速原位制備方法及應用

有效

• 申請號: 201611012978.5
• 申請日: 2016-11-17
• 公開（公告）號: CN106847666B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 馬曉;母事理;李相波;閆永貴
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七二五研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02;H01L31/028;H01L31/032;H01L31/074;B82Y30/00
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本發明提供一種TiO₂/BaTiO₃/RGO三元復合光電薄膜、其快速原位制備方法及應用，屬于材料合成領域。本發明以鈦箔經陽極氧化得到的TiO₂有序納米管陣列模板，以水熱法為基礎，采用微波為能量源，TiO₂有序納米管陣列模板在Ba(OH)₂和GO的前驅體混合溶液中反應，通過控制反應參數，使部分TiO₂有序納米管陣列模板原位反應生成BaTiO₃的同時，將分散性好的RO原位還原，一步制備出高性能的TiO₂/BaTiO₃/RGO三元復合光電薄膜，有效解決了石墨烯分散性不良、TiO₂光電性能欠佳及水熱合成時間較長等問題，促進TiO₂復合材料在光生陰極保護領域的應用。

技術領域

本發明涉及一種TiO₂/BaTiO₃/RGO三元復合光電薄膜、其快速原位制備方法及應用，該薄膜可作為海洋工程裝備的光生陰極保護材料，屬于材料合成領域。

背景技術

對于常年處于海洋及大氣環境中的工程裝備來說，腐蝕一直是其面臨的關鍵問題，而光生陰極保護是利用太陽光作為能源實現金屬材料陰極保護的一種前沿技術。

在眾多半導體材料中，TiO₂是一種價廉、使用壽命長、環境友好的光生陰極保護材料。但由于TiO₂帶隙較寬，僅能吸收太陽光中少量的紫外線，并且產生的光生電子遷移速度較慢，使光生電子和空穴容易復合，導致光量子效率較低。因此，國內外學者對其進行了離子摻雜、半導體復合、貴金屬負載等改性研究。近年來，由于石墨烯（graphene）具有較大的比表面積(2630 m²?g^-1)、良好的導電性和更高的化學穩定性，利用石墨烯的優異特性對TiO₂改性成為當前的研究熱點。

柳偉等[郭祥芹，石墨烯/TiO₂復合薄膜的制備及其光生陰極保護性能研究，D，青島：中國海洋大學，2013]通過溶膠-凝膠結合熱處理技術，以制備的石墨烯和TiO₂溶膠為前驅體，采用旋涂的方法在304不銹鋼表面成功制備了石墨烯/TiO₂復合薄膜。研究發現，當涂覆于試樣的涂層的復合方式為一層石墨烯/TiO₂復合薄膜覆蓋一層TiO₂薄膜時，試樣的開路電位負移最大，約為-600mV，光生電流密度約為100mA/cm²。

Ji Hoon Park等[Surface and Coating Technology, 2014, 258, 62-71]以石墨烯和TiO₂溶液為前驅體，通過電泳沉積的方法在304不銹鋼表面成功制備了石墨烯/TiO₂復合薄膜。研究發現，在紫外燈照射下，涂覆有復合薄膜的試樣的開路電位在-400mV--700mV之間。

由于三元材料體系的復雜性，合成過程中石墨烯的反應機制及其光電作用機理有待探討，因此，國內外學者目前大部分選擇石墨烯/TiO₂二元材料體系為研究對象，但該體系對基體材料的光生陰極保護效果有待提高。另外，研究者多直接將石墨烯作為前驅體進行復合，但由于石墨烯具有不親水特性，并且范德華力容易使其發生團聚，往往會導致石墨烯在產物中分散不均勻，進而影響到制備材料的光電轉換性能。