多重改性TiO2纳米片的制备及光生阴极保护性能研究

摘要

利用TiO2优异的光电化学特性实现对金属的光生阴极保护是一种有前途的绿色防腐蚀技术。(001)面占优的锐钛矿TiO2由于具有高的光反应活性被广泛研究，但纯TiO2对太阳光的吸收利用率极低、光生电子-空穴极易复合、量子效率低等缺点严重限制了其应用。本文利用量子点沉积、窄带隙半导体复合及掺杂合适的载流子传输材料构建多重改性TiO2复合材料，以此提高其光生阴极保护性能，主要研究内容及结果如下：　　(1)采用水热法先后制备了(001)面占优的TiO2纳米片和氧化钛/石墨烯复合材料，并通过超声辅助连续离子层吸附和反应的方法在氧化钛/石墨烯复合材料表面沉积了PbS和CdS量子点。PbS和CdS量子点共沉积后的样品表现出最佳的光吸收性能，TiO2/PbS和CdS/PbS界面上的p-n结电场促进了杂化半导体中电子和空穴的有效分离，大大提高了复合半导体对304不锈钢的光生阴极保护性能。另外，PbS的电化学氧化和还原能够实现光激发电子在光照或黑暗中的放电和充电，使其能够在暗态下延长光电化学保护时间。　　(2)以C3N4为模板制备了TiO2纳米片，并通过简单水热法分别掺杂了石墨烯和MoS2。通过窄带隙半导体MoS2复合后的样品将光吸收范围从紫外光区拓展到可见光区，MoS2掺杂量为10wt％时的复合样品表现出最佳的光电化学保护性能，主要表现在光电流密度值大、腐蚀电位移到抗腐蚀区以及304不锈钢的腐蚀形貌的明显改善。MoS2与TiO2之间高度密切的界面接触能够促进光生载流子的有效分离，石墨烯的高电子迁移率为光生电子提供转移通道，有效抑制光生电子空穴的复合。　　(3)通过水热法在碳纤维上合成了高活性(001)晶面占优的TiO2纳米片阵列，随后利用连续离子层吸附和反应技术将Ag2S量子点均匀沉积到TiO2纳米片表面。六次量子点沉积后的CFs-TiO2-Ag2S复合半导体具有最佳的光电化学防腐蚀效果，这主要得益于高电子迁移率的碳纤维为光激发电子提供传输通道，降低了电子迁移阻力，在半导体/金属界面形成的肖特基势垒以及半导体/电解质界面内电场强度的增加促进了光激发载流子的有效分离，提高光量子效率，实现光生阴极保护效果。

目录

声明

1 绪论

1.1金属的腐蚀与防护

1.2TiO2的光生阴极保护

1.2.1 TiO2的晶体结构

1.2.2 TiO2光生阴极保护

1.3（001）面占优的TiO2纳米片

1.4纳米TiO2涂层的改性方法

1.5本课题研究意义及内容

2 实验条件及方法

2.1 实验试剂

2.2实验仪器

2.3.1 X射线衍射（XRD）

2.3.2 扫描电子显微镜（SEM）

2.3.3 透射电子显微镜（TEM）

2.3.4 X射线光电子能谱（XPS）

2.3.5 紫外可见光谱（UV-vis）

2.4光电化学性能测试

3 TiO2/graphene/PbS/CdS 复合材料的制备及光阴极保护性能研究

3.1 引言

3.2TiO2/graphene/PbS/CdS复合材料的制备

3.3 TiO2/graphene/PbS/CdS复合材料结构 、形貌表征

3.4 TiO2/graphene/PbS/CdS复合材料光电化学性能测试

3.5 本章小结

4 TiO2/graphene/MoS2复合材料的制备及光阴极保护性能研究

4.1 引言

4.2 TiO2/graphene/MoS2 复合材料的制备

4.3 TiO2/graphene/MoS2复合材料结构、形貌表征

4.4 TiO2/graphene/MoS2 复合材料光电化学性能测试

4.5 本章小结

5 三元碳纤维-TiO2-Ag2S复合材料的制备及光阴极保护性能研究

5.1 引言（Foreword）

5.2 碳纤维-TiO2-Ag2S 复合材料的制备

5.3碳纤维-TiO2-Ag2S复合材料结构、形貌表征

5.4碳纤维-TiO2-Ag2S复合材料光电化学性能测试

5.5 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

致谢

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