TiO2纳米管复合膜的制备及其光生阴极保护性能

摘要

阴极保护是控制金属腐蚀的一种重要方法。传统的阴极保护需要向被保护的金属提供电流或者使用牺牲阳极，因此需要较多的能源。近年来，二氧化钛(TiO2)半导体在金属防腐中的光生阴极保护作用受到了腐蚀研究者的关注。其原理是光照条件下产生的电子由TiO2导带转移到金属基体，使金属的电极电位降低而受到阴极保护。与传统阴极保护相比，该方法不需要外加电流和牺牲阳极，TiO2材料不受使用寿命的限制。
　　然而TiO2本身只能吸收一定波长的紫外光，并且光生电子空穴对复合过快，一定程度限制了TiO2光生阴极保护效应在腐蚀控制中的应用。
　　本工作通过对TiO2纳米管阵列膜的改性，制备具有更佳性能的纳米复合膜作为光阳极，以提高其的光生阴极保护效应。主要的研究内容和进展如下:
　　(1)应用阳极氧化法在丙三醇的溶液中于钛表面制备TiO2纳米管阵列膜，揭示了电解质溶液对TiO2纳米膜光电性能的影响。发现通过TiCl4溶液对纳米膜进行水热处理后，TiCl4水解生成大量TiO2颗粒覆盖在TiO2纳米管的表面，有效增大纳米管膜的表面积，使TiO2的能带位置发生变化，增强纳米薄膜对光子的吸收，提高了TiO2纳米膜的光生阴极保护效应。
　　(2)以上述TiO2纳米管阵列膜的基础上，通过连续化学浴沉积法，成功地在膜表面沉积了Ag2S纳米颗粒形成复合膜。结果表明，该复合膜的光吸收可以扩展至可见光区，对光利用率大大增加。当复合膜与403不锈钢连接后，可以使不锈钢在0.5 mol/L NaCl溶液中的电极电位自腐蚀电位下降约600 mV，且在光照后转为暗态时也能维持在低于其腐蚀电位约520 mV达10h。
　　(3)先采用脉冲沉积的方法在制备的TiO2纳米管阵列膜表面沉积Ag纳米颗粒，然后在含硫溶液中使Ag氧化生成Ag2S。通过控制氧化的时间，可以控制Ag不被完全转化为Ag2S，成功制备Ag/Ag2S/TiO2纳米管复合膜。结果显示Ag和Ag2S起到一个协同作用，与TiO2组成的复合膜具有良好的光电性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米TiO2半导体概述

1．1．1 TiO2的晶体结构

1．1．2 TiO2的应用

1．1．3 TiO2纳米管的制备方法

1．1．4 TiO2纳米膜的改性和复合膜的制备

1．2 金属的腐蚀控制及其TiO2纳米膜光生阴极保护效应

1．2．1 腐蚀控制方法简介

1．2．2 TiO2纳米膜光生阴极保护概述

1．3 本工作的研究目的

参考文献

第二章 实验技术与仪器

2．1 试剂和材料

2．2 TiO2纳米管复合膜的制备

2．2．1 TiO2纳米管阵列膜

2．2．2 TiCl4处理TiO2纳米膜

2．2．3 Ag2S／TiO2纳米管复合膜

2．2．4 自氧化法制备Ag／Ag2S／TiO2纳米复合膜

2．2．5 不锈钢电极的制备

2．3 纳米薄膜结构和性质表征

参考文献

第三章 TiO2纳米管阵列膜的制备及其光生阴极保护效应

3．1 引言

3．2 实验

3．2．1 TiO2纳米管阵列膜的制备及TiCl4处理

3．2．2 光电化学性能和光生阴极保护测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 TiO2纳米膜形貌与成分

3．3．2 TiO2纳米膜的光电性能

3．3．3 TiO2纳米膜的光生阴极保护性能

3．4 结论

参考文献

第四章 化学沉积法制i备Ag2S／TiO2纳米管复合膜及其光生阴极保护效应

4．1 引言

4．2 实验

4．2．1 Ag2S／TiO2纳米管复合膜的制备

4．2．2 光电化学性能和光生阴极保护效应的测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 Ag2S／TiO2纳米管复合膜的形貌与组成

4．3．2 Ag2S／TiO2纳米管复合麒的光电性能

4．3．3 Ag2S／TiO2纳米管复合膜的光生阴极保护性能

4．4 结论

参考文献

第五章 自氧化法制备Ag／Ag2S／TiO2复合膜及其光生阴极保护效应

5．1 引言

5．2 实验

5．2．1 Ag／Ag2S／TiO2纳米管复合膜的制备

5．2．2 光电化学性能和光生阴极保护效应的测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 Ag／Ag2S／TiO2纳米管复合膜的形貌与组成

5．3．2 Ag／Ag2S／TiO2纳米管复合膜的光电性能

5．3．3 Ag／Ag2S／TiO2纳米管复合膜的光生阴极保护性能

5．4 结论

参考文献

正式发表论文

发明专利

会议交流论文

致谢