[發(fā)明專利]用于光電化學(xué)陰極保護(hù)的納米草叢復(fù)合光電材料及制備和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110095271.X
• 申請(qǐng)日: 2021-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112921324B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳卓元;姜旭宏;孫萌萌;鹿桂英;荊江平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所
• 主分類號(hào): C23F13/14
• 分類號(hào): C23F13/14
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 李穎

本發(fā)明屬于光電化學(xué)陰極保護(hù)領(lǐng)域，具體地講，本發(fā)明涉及一種ZnIn₂S₄/TiO₂納米復(fù)合光電材料及其制備方法和應(yīng)用。通過(guò)一種簡(jiǎn)便的原位水熱法，在超細(xì)高度支化TiO₂納米草叢基底上，構(gòu)建了界面充分接觸的三維納米花球ZnIn₂S₄/TiO₂納米草叢異質(zhì)結(jié)光電極。在模擬太陽(yáng)光照射下，沒(méi)有額外的空穴清除劑條件下，本復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)在海水中對(duì)具有不同自腐蝕電位的純銅和低碳鋼的光電化學(xué)陰極保護(hù)效果，具有實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，綠色環(huán)保，應(yīng)用潛力大的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電化學(xué)陰極保護(hù)領(lǐng)域，具體地講，本發(fā)明涉及一種用于模擬真實(shí)海洋環(huán)境下的用于光電化學(xué)陰極保護(hù)的ZnIn₂S₄/TiO₂納米草叢復(fù)合光電材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

由于嚴(yán)苛的高氯環(huán)境，在海洋環(huán)境中使用的金屬材料的腐蝕失效行為極為嚴(yán)重，這會(huì)導(dǎo)致大量的工業(yè)事故和生態(tài)環(huán)境的惡化等。因此，對(duì)于在海洋環(huán)境中服役的金屬材料而言，選擇合適的防腐蝕技術(shù)是非常迫切的，研究人員正在積極開(kāi)發(fā)各種新技術(shù)用來(lái)減輕金屬腐蝕。鑒于陰極保護(hù)技術(shù)與當(dāng)今快速發(fā)展的光電化學(xué)技術(shù)的結(jié)合，近年來(lái)對(duì)光電化學(xué)陰極保護(hù)(PECCP)技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究。PECCP技術(shù)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換材料利用太陽(yáng)能來(lái)產(chǎn)生電能，然后將光生電子傳輸?shù)今詈系慕饘偕希瑥亩鴮?shí)現(xiàn)陰極保護(hù)效果。該技術(shù)具有無(wú)毒無(wú)害，節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)，而該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇合適的光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體材料。

在光電化學(xué)領(lǐng)域中，TiO₂由于具有性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉、環(huán)境友好的特點(diǎn)已在光電化學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而其存在僅對(duì)紫外光有響應(yīng)，光譜響應(yīng)范圍窄，且光生電子-空穴對(duì)易復(fù)合的缺點(diǎn)，這些在很大程度上限制了其光電性能。因此，對(duì)TiO₂材料進(jìn)行有效的修飾、改性來(lái)改善其光電轉(zhuǎn)換性能是非常必要的。半導(dǎo)體復(fù)合，量子點(diǎn)敏化，元素?fù)诫s等是目前常用的TiO₂改性方法。近年來(lái)，通過(guò)微觀形貌調(diào)控來(lái)制備具有特定形貌的結(jié)構(gòu)也被證明是提高材料光電性能的有效途徑，其可以改善電子傳輸性能并增大光捕獲面積，提高電子的利用效率。此外，異質(zhì)結(jié)體系的構(gòu)建可有效促進(jìn)光生電子和空穴的空間轉(zhuǎn)移和分離，由此獲得高效的光子-電子轉(zhuǎn)換性能。尤其是與窄帶隙的半導(dǎo)體材料復(fù)合，可拓寬光響應(yīng)范圍，提高太陽(yáng)光利用率。

綜合上述提高TiO₂光電性能的有效方法，直接利用太陽(yáng)光能實(shí)現(xiàn)高效的光-電轉(zhuǎn)換性能，并將其應(yīng)用到光電化學(xué)陰極保護(hù)領(lǐng)域，對(duì)金屬材料提供保護(hù)效果，在腐蝕防護(hù)領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述金屬腐蝕的光電化學(xué)陰極保護(hù)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種用于模擬真實(shí)海洋環(huán)境下的用于光電化學(xué)陰極保護(hù)的ZnIn₂S₄/TiO₂納米草叢復(fù)合光電材料及其制備方法和應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種用于光電化學(xué)陰極保護(hù)的ZnIn₂S₄/TiO₂納米草叢復(fù)合光電材料，復(fù)合光電材料為于超細(xì)高度支化TiO₂納米草叢基底上復(fù)合納米花球狀的六方ZnIn₂S₄構(gòu)建成異質(zhì)結(jié)體系復(fù)合光電材料。

所述超細(xì)高度支化TiO₂納米草叢基底為通過(guò)調(diào)控初始反應(yīng)物濃度利用一步水熱法在導(dǎo)電玻璃基材上直接生長(zhǎng)TiO₂光電材料。