[發明專利]用于光致持續陰極保護的多孔復合光電儲能材料及其制備與應用

有效

• 申請號: 202111374208.6
• 申請日: 2021-11-19
• 公開（公告）號: CN114134506B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發明（設計）人: 孫萌萌;鹿桂英;姜旭宏
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: C23C18/12
• 分類號: C23C18/12;C23F13/12;C23F13/20
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 高笑

本發明屬于光電化學陰極保護領域，具體地講，本發明涉及一種用于光致持續陰極保護的多孔復合光電儲能材料(TiOsubgt;2/subgt;/SnInsubgt;4/subgt;Ssubgt;8/subgt;)及其制備與應用。復合光電儲能材料為于TiOsubgt;2/subgt;納米灌木叢空隙及上部原位生長SnInsubgt;4/subgt;Ssubgt;8/subgt;三維納米花獲得多孔復合光電儲能材料。本發明為優化設計高效儲能光電材料體系，推進海洋環境下對金屬的長效持續光電陰極保護，提供了有價值的借鑒。

技術領域

本發明屬于光電化學陰極保護領域，具體地講，本發明涉及一種用于光致持續陰極保護的多孔復合光電儲能材料(TiO₂/SnIn₄S₈)及其制備與應用。

背景技術

光電陰極保護(PCP)技術是一種很有前景的海洋金屬防腐蝕技術。該技術利用海洋中的光能，通過光電轉換半導體材料產生光生電子，為金屬提供光生電子進行陰極保護。然而，光電陰極保護技術當前面臨的重大挑戰是在沒有光照的情況下，光電化學響應的陰極保護性能無法發揮。

針對這問題，一方面，通過優化多孔膜層結構，有望提升電荷存儲能力，使光照后的暗態下也可產生陰極保護作用。對TiO₂光陽極的研究表明，三維二氧化鈦納米線網狀薄膜、花狀二氧化鈦薄膜、介孔二氧化鈦薄膜，均顯示出了電子存儲效應，這主要歸因于它們獨特的多孔、大比表面積微納結構。因此，通過調控TiO₂的形貌有利于提升電荷存儲能力。而制備光電陽極經常運用的TiO₂納米管卻沒有顯現出電子存儲效應[1]。

另一方面，與帶電荷存儲組分的半導體的復合，有望進一步提升半導體光電轉換薄膜材料的電荷儲存特性，維持在暗態下的持續保護性能。多元過渡金屬化合物可以通過可變價金屬離子的氧化還原反應，以及可逆地將Na⁺、Li⁺、H⁺插入晶格中來實現電子的儲存與釋放。傳統電荷儲存半導體過度金屬氧化物WO₃、SnO₂,雖然具有優良的儲電子性能，但禁帶寬度大光吸收范圍窄，光電轉換效率低，在儲能的同時降低了光電陰極保護性能。多元過度金屬硫化物ZnIn₂S₄、AgInS₂,雖然具有較窄的禁帶寬度，相對較負的導帶電位具有良好的光電化學以及光電陰極保護性能，但是在光照后的暗態無法提供延時光電陰極保護性能[2,3]。

因此，針對上述光電陰極保護技術當前面臨的重大挑戰是在沒有光照的情況下，光電化學響應的陰極保護性能無法持續發揮且效率低的缺點，提供一種光照后暗態持續保護的結構優化的納米復合半導體光陽極材料，利用該材料實現海洋金屬持續光電陰極保護。

[1]H.Li,W.Song,X.Cui,Y.Li,B.Hou,L.Cheng,P.Zhang,Preparation?ofSnIn₄S₈/TiO₂?Nanotube?Photoanode?and?Its?Photocathodic?Protection?for?Q235Carbon?Steel?Under?Visible?Light,Nanoscale?Res?Lett,16(2021)10.

[2]X.Jiang,M.Sun,Z.Chen,J.Jing,G.Lu,C.Feng,Boosted?photoinducedcathodic?protection?performance?of?ZnIn₂S₄/TiO₂?nanoflowerbush?with?efficientphotoelectric?conversion?in?NaCl?solution,Journal?of?Alloys?and?Compounds,876(2021).