量子点敏化TiO2纳米管阵列膜光生阴极保护性能的研究

摘要

纳米二氧化钛(TiO2)具有优良的光电特性、光催化活性、抗菌性等，在太阳能电池、光催化降解污染物以及医用材料等领域已有广泛的研究。TiO2薄膜通过导线与金属相连，利用光照下从薄膜转移到金属表面的光生电子可使金属的电极电位降低，对金属起到阴极保护作用。但是，TiO2的禁带宽度为3.2 eV，只能吸收入＜387nm的紫外光，且光生电子-空穴对的复合速率快，对太阳光的利用率低。因此，制备性能优良的TiO2复合膜并应用于金属的腐蚀控制具有重要意义。
　　本工作旨在通过量子点敏化技术对TiO2纳米管阵列膜进行改性，制备性能优良的复合膜，以期提高纳米管阵列膜对可见光的利用率以及对金属的防腐蚀效果。利用SEM、TEM、XPS、XRD和EDS等技术表征复合膜的形貌、结构和组成等，运用光致发光光谱和光电流光谱测试考察复合膜的光吸收性能，并采用电化学测试技术研究复合膜对不锈钢的光生阴极保护性能。主要研究进展如下:
　　(1)采用阳极氧化法，首先在HF体系中制得TiO2纳米管阵列膜。考察了5种电解质分别作为空穴捕获剂时TiO2膜电极的光电性能;利用TiCl4水溶液对TiO2纳米膜进行处理，可有效地增大纳米管的表面积，显著地提高其光电响应性能。荧光测试表明，采用丙三醇体系制备的纳米管的光电效果更好。
　　(2)采用化学浴沉积法，对丙三醇体系中制备的TiO2纳米管表面分别沉积CdS和CdSe量子点，并包覆ZnS壳层以增加量子点的稳定性，获得CdSe/CdS量子点敏化的TiO2复合膜。由于CdS和CdSe量子点的修饰，TiO2复合膜的光吸收范围拓宽至可见光区，光电流响应强度显著增大。以CdSe/CdS量子点敏化TiO2复合膜作为光阳极，光照时，光阳极可使耦连的403不锈钢(403SS)在0.5mol/L NaCl溶液中的电极电位降低1100 mV左右，光照后转为暗态时，403SS的电位比腐蚀电位低370-440 mV达28 h以上。
　　(3)应用恒压脉冲电沉积法在TiO2纳米管阵列膜表面制得颗粒均匀的CdTe量子点，并包覆ZnS壳层以减小量子点的光腐蚀。光电流谱测试表明，复合膜在0.5 mol/L Na2SO4+0.5 mol/L HCOOH(pH=9.60)溶液中，光电流强度增强，光吸收范围扩展到可见光区域。在0.5 mol/L NaCl溶液中，光照下，当ZnS/CdTe/TiO2复合膜与403SS耦连后，403SS的电位下降了400mV，起到良好的光生阴极保护效果。光照后转为暗态时，403SS的电位依然比其腐蚀电位低250mV达10h以上。EIS测试也表明复合膜能对不锈钢起到良好的阴极极化作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 TiO2的特性

1．1．1 TiO2的结构

1．1．2 TiO2半导体的性质及应用

1．2 TiO2纳米管的制备方法

1．2．1 模板法

1．2．2 水热合成法

1．2．3 阳极氧化法

1．3 TiO2纳米管复合膜的制备

1．3．1 离子掺杂

1．3．2 贵金属沉积

1．3．3 半导体复合

1．3．4 量子点敏化

1．4 纳米TiO2膜光生阴极效应及其在金属腐蚀控制中的应用

1．4．1 金属的腐蚀控制

1．4．2 光生阴极保护机理

1．4．3 纳米TiO2膜光生阴极保护效应及其应用

1．5 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

2．1．1 试剂

2．1．2 材料

2．2 纳米薄膜的制备

2．2．1 纳米TiO2薄膜

2．2．2 改进型纳米TiO2薄膜及其复合膜

2．3 纳米薄膜的结构和性质表征

参考文献

第三章 TiO2纳米管阵列膜的制备与表征

3．1 引言

3．2 电化学阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列膜

3．2．1 HF水溶液体系

3．2．2 TiO2纳米管阵列膜的TiCl4表面处理

3．2．3 丙三醇体系

3．3 结论

参考文献

第四章 CdSe／CdS量子点敏化TiO2复合膜的制备及光生阴极保护性能

4．1 引言

4．2 CdSe／CdS量子点敏化TiO2复合膜的制备与表征

4．2．1 材料与方法

4．2．2 TiO2复合膜的结构与组成

4．3 CdSe／CdS量子点敏化TiO2复合膜光生阴极保护性能

4．4 结论

参考文献

第五章 ZnS／CdTe／TiO2复合膜的制备及其光生阴极保护性能

5．1 引言

5．2 ZnS／CdTe／TiO2复合膜的制备及机理研究

5．2．1 材料与方法

5．2．2 恒压脉冲电沉积CdTe量子点的机理及制备条件

5．3 ZnS／CdTe／TiO2复合膜的结构与组成

5．4 ZnS／CdTe／TiO2复合膜的光生阴极保护性能

5．5 结论

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表与交流的论文

致谢