用于光电化学阴极保护的纳米片阵列复合光电材料及制备和应用制造技术

本发明专利技术属于光电化学阴极保护领域，具体地讲，本发明专利技术涉及一种用于模拟真实海洋环境下的光电化学阴极保护的纳米片阵列复合光电材料及其制备方法和应用。本发明专利技术通过简单的一步水热法合成具有高能晶面的TiO2纳米片阵列基底薄膜，并通过两次连续离子层吸附反应(SILAR)在纳米片表面沉积AgInSe2/In2Se3纳米复合层构成多相异质结体系。与单一AgInSe2敏化的TiO2纳米片阵列光阳极相比，AgInSe2/In2Se3/TiO2多相异质结的构建进一步优化了能带的匹配，降低了电荷转移势垒，有助于增强光电转换性能。在模拟太阳光照射下，当复合材料与不锈钢或铜等金属材料偶联时，可产生较大的光生电流，在模拟海洋环境中展现了高效的光电化学阴极保护性能。本发明专利技术具有实验操作简单易行，产品绿色高效，光电转换效率高的特点。光电转换效率高的特点。

【技术实现步骤摘要】
用于光电化学阴极保护的纳米片阵列复合光电材料及制备和应用


[0001]本专利技术属于光电化学阴极保护领域，具体地讲，本专利技术涉及一种用于模拟真实海洋环境下的光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于腐蚀会造成巨大的损失，因此腐蚀的防护和控制对于人类来说至关重要。在所有腐蚀防护和控制方法中，光电化学阴极保护凭借其节能环保和经济高效的优势而受到越来越多的关注，该方法主要利用半导体的光电转换效应将太阳能转换为电能，然后将光生电子传输到金属材料，从而实现阴极保护效果。这项技术的关键是选择合适的半导体材料，并充分利用其出色的光电化学转换性能。TiO2由于具有适当的电子能带结构，无毒，良好的光稳定性和高的化学惰性以及低成本等优点，被证明是最有前途的半导体材料，并在光伏电池，光催化以及污染物降解等领域中得到了广泛的应用。但是，由于TiO2具有较宽的带隙(3.2eV)，其光吸收范围被限制在紫外线区域，此外，其产生的光生载流子也易于复合，这些限制了其在光电化学阴极保护领域的应用。
[0003]因此，研究人员通过一系列修饰改性方法来提高TiO2的光电性能，发现对TiO2进行形貌调控和半导体复合，如制备出如纳米管、纳米棒、纳米片等特殊形貌的TiO2，以及用窄禁带的敏化剂进行修饰，是提高其光电化学阴极保护性能的有效方法。
[0004]尽管目前已有很多相关研究，但其制备的纳米光电材料在应用于光电化学阴极保护性能研究时，大多置于还原性的溶液(如还原性较强的Na2S、Na2SO3及NaOH溶液)中而非在实际海洋环境中进行研究，此实验条件与实际环境相差较大，可能并不适用于真实的海洋环境，因此光电化学阴极保护效果可能大打折扣。此外，在测定光电化学阴极保护性能过程中，采用的辐照光源强度较高(光强为400mWcm
‑2甚至更高)，比实际环境中的太阳光强度(光强约为100mW cm
‑2)高很多，在实际应用中的阴极保护效果可能远低于实验室结果。因此，在真实海洋环境中以及实际光照条件下进行所制备材料的光电化学阴极保护性能研究显得愈发重要。

技术实现思路

[0005]针对上述金属腐蚀的光电化学阴极保护的问题，本专利技术的目的是提供一种用于模拟真实海洋环境中光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料及其制备方法和应用。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种用于光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料，复合光电材料为于具有高能(001)晶面TiO2纳米片阵列光阳极基底表面沉积AgInSe2/In2Se3复合纳米颗粒形成的多相异质结体系复合光电材料。
[0008]所述的具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列光阳极基底为通过一步水热法在导电玻璃基材上直接生长TiO2光电材料。
[0009]所述的一步水热法为将导电玻璃作为基材，预处理后置于高压反应釜的内胆中，导电面朝下与釜壁成45
°
角度放置，将溶液a加入高压反应釜中浸没玻璃基材，然后在170
‑
190℃下加热9
‑
15小时，直接生长具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列薄膜基底；其中，溶液a为浓盐酸与水的体积比为(0.98
‑
1.02)：(1.02
‑
0.98)，钛酸四丁酯(TBT)和六氟钛酸铵((NH4)2TiF6)质量比为(1.98
‑
2.02):(0.98
‑
1.02)的混合溶液。
[0010]所述的沉积为通过两次连续离子层吸附反应(SILAR)分别将具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列薄膜基底依次于含AgNO3、Na2SeSO3、In2(SO4)3和Na2SeSO3的溶液中进行沉积，而后再次于含In2(SO4)3和Na2SeSO3的溶液中进行沉积，实现两次连续循环沉积，即到高能(001)晶面TiO2纳米片阵列光阳极基底上得AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料。
[0011]所述的两次连续离子层吸附反应(SILAR)为：将具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列光阳极基底浸入b溶液中3
‑
5分钟，取出用去离子水冲洗，然后再浸入c溶液中3
‑
5分钟，取出再次用去离子水冲洗，接下来浸入d溶液中3
‑
5分钟，取出用去离子水冲洗，最后浸入c溶液中3
‑
5分钟，取出用去离子水冲洗，以上为一个AgInSe2浸渍沉积循环，重复该浸渍沉积循环直至沉积3
‑
11个循环的AgInSe2得到AgInSe2(m)/TiO2纳米片阵列复合材料(m为AgInSe2浸渍沉积循环次数)，此为第一次连续离子层吸附反应；再将上述AgInSe2/TiO2纳米片阵列复合材料依次浸入d溶液和c溶液中3
‑
5分钟，分别取出用去离子水冲洗，以上为一个In2Se3浸渍沉积循环，重复该浸渍循环3次以沉积至所需量的In2Se3，由此制得AgInSe2(m)/In2Se3(n)/TiO2纳米片阵列复合光电材料(n为In2Se3浸渍沉积循环次数)，此为第二次连续离子层吸附反应；其中，溶液b为0.01
‑
0.04M AgNO3溶液；溶液c为0.01
‑
0.04M Na2SeSO3溶液；溶液d为0.01
‑
0.04M In2(SO4)3溶液。
[0012]一种用于光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料的制备方法，通过一步水热法在导电玻璃基材上直接生长具有高能(001)晶面TiO2纳米片阵列光阳极基底，再通过两次连续离子层吸附反应技术(SILAR)分别将AgInSe2和In2Se3循环沉积到TiO2基底表面形成AgInSe2/In2Se3/TiO2多相异质结体系复合光电材料。
[0013]具体为：
[0014]1)TiO2纳米片阵列基底的制备：将预处理后的导电玻璃置于高压反应釜的内胆中，导电面朝下与釜壁成45
°
角度放置，将溶液a加入高压反应釜中浸没玻璃基材，而后在170
‑
190℃下加热9
‑
15小时，直接生长得到具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列薄膜基底；其中，溶液a为浓盐酸、水的体积比为(0.98
‑
1.02)：(1.02
‑
0.98)，钛酸四丁酯(TBT)和六氟钛酸铵((NH4)2TiF6)质量比为(1.98
‑
2.02):(0.98
‑
1.02)的混合溶液；
[0015]2)AgInSe2/TiO2纳米片阵列复合材料的制备：将步骤1)中的具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列光阳极基底浸入b溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料，其特征在于：复合光电材料为于具有高能(001)晶面TiO2纳米片阵列光阳极基底表面沉积AgInSe2/In2Se3复合纳米颗粒形成的多相异质结体系复合光电材料。2.按权利要求1所述的用于光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料，其特征在于：所述的具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列光阳极基底为通过一步水热法在导电玻璃基材上直接生长TiO2光电材料。3.按权利要求2所述的用于光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料，其特征在于：所述的一步水热法为将导电玻璃作为基材，预处理后置于高压反应釜的内胆中，导电面朝下与釜壁成45
°
角度放置，将溶液a加入高压反应釜中浸没玻璃基材，然后在170
‑
190℃下加热9
‑
15小时，直接生长具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列薄膜基底；其中，溶液a为浓盐酸与水的体积比为(0.98
‑
1.02)：(1.02
‑
0.98)，钛酸四丁酯(TBT)和六氟钛酸铵((NH4)2TiF6)质量比为(1.98
‑
2.02):(0.98
‑
1.02)的混合溶液。4.按权利要求1所述的用于光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料，其特征在于：所述的沉积为通过两次连续离子层吸附反应(SILAR)分别将具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列薄膜基底依次于含AgNO3、Na2SeSO3、In2(SO4)3和Na2SeSO3的溶液中进行沉积，而后再次于含In2(SO4)3和Na2SeSO3的溶液中进行沉积，实现两次连续循环沉积，即在高能(001)晶面TiO2纳米片阵列光阳极基底上得到AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料。5.按权利要求4所述的用于光电化学阴极保护的AgInSe2/In2Se3/TiO2纳米片阵列复合光电材料，其特征在于：所述的两次连续离子层吸附反应(SILAR)为：将具有高能(001)晶面的TiO2纳米片阵列光阳极基底浸入b溶液中3
‑
5分钟，取出用去离子水冲洗，然后再浸入c溶液中3
‑
5分钟，取出再次用去离子水冲洗，接下来浸入d溶液中3
‑
5分钟，取出用去离子水冲洗，最后浸入c溶液中3
‑
5分钟，取出用去离子水冲洗，以上为一个AgInSe2浸渍沉积循环，重复该浸渍沉积循环直至沉积3
‑
11个循环的AgInSe2得到AgInSe2(m)/TiO2纳米片阵列复合材料(m为AgInSe2浸渍沉积循环次数)，此为第一次连续离子层吸附反应；再将上述AgInSe2/TiO2纳米片阵列复合材料依次浸入d溶液和c溶液中3
‑
5分钟，分别用去离子水冲洗，以上为一个In2Se3浸渍沉积循环，重复该浸渍循环3次以沉积至所需量的In2Se3，由此制得AgInSe2(m)/In2Se3(n)/TiO2纳米片阵列复合光电材料(n为In2Se3浸渍沉积循环次数)，此为第二次连续离子层吸附反应；其中，溶液b为0.01
‑
0.04M AgNO3溶液；溶液c为0.01
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0.04M Na2SeSO3溶液；溶液d为0.01
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0.04MIn2(SO4)3溶液。6.一种权利要求1所述的用于光电化学阴极保护的A...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓元，姜旭宏，孙萌萌，荆江平，
申请(专利权)人：中国科学院海洋研究所，
类型：发明
国别省市：