[发明专利]CdSe/CdS量子点敏化TiO2纳米管复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米管复合膜，尤其是涉及一种CdSe/CdS量子点敏化TiO₂纳米管复合膜的制备方法。

背景技术

阴极保护是通过外加电流或连接牺牲阳极使被保护的金属阴极极化，也即降低金属电极电位到保护电位范围内，达到防蚀目的，是一种重要的防止或控制金属腐蚀的方法。但是，这种方法需要消耗电能或阳极金属材料。1995年Yuan和Tsujikawa发现在光照条件下，表面覆盖TiO₂涂层的Cu电极在紫外光照射下电极电位发生负移，对Cu具有阴极保护作用。由此发展了一种新的阴极保护技术，即光生阴极保护法。与传统的阴极保护相比，这种技术利用TiO₂的光电效应，不需要牺牲阳极，也不需要消耗电能，成本更低，显示出诱人的应用前景。

光生阴极保护技术，即利用半导体TiO₂的光电性质，将其制备成涂层与金属连接，在紫外光照射下，TiO₂半导体价带电子就会被激发到导带，而在价带上产生相应的空穴，即产生光生电子-空穴对。光生电子从TiO₂的导带进入金属表面，使金属的电极电位降至显著低于腐蚀电位，即发生阴极极化，从而达到阴极保护的效果。虽然从理论上讲，此种技术利用太阳能，更环保更适应人类发展的需求，但一些技术难题限制了它的实际应用。这些问题最主要是：(1)光照时，受TiO₂宽禁带(3.2eV)的限制，只能吸收波长小于380nm的紫外光，大部分的可见光都不能有效被利用，光电效率低。(2)光照后转为暗态时，产生的光生电子-空穴对复合快，不能对金属提供长时间的阴极保护。

由于上述问题，许多科研工作者展开了大量的研究。包括不断优化制备膜的条件([4]Wang D A，Liu Y，Wang C W，et al.TiO₂ Nanotube Arrays Fabricated by Anodization[J].Progress in Chemistry，2010，22(6)：1035-1043；[5]Nakahira A，Konishi K，Yokota K.et al.Synthesis of Novel Structured TiO₂ with Mesopores by Anodic Oxidation[J].Inorganic Chemistry，2010，49(1)：47-51；[6]Yun H，Lin C，Li J，et al.Low-temperature hydrothermal formation of a net-like structured TiO₂film and its performance of photogenerated cathode protection[J].Applied Surface Science，2008，255(5)：2113-2117；[7]Zhu Y F，Du R G.，Li J，et al.Photogenerated Cathodic Protection Properties of a TiO₂ Nanowire Film Prepared by a Hydrothermal Method[J].Acta Physico-Chimica Sinica 2010，26(9)：2349-2353)，以及对TiO₂半导体进行改性处理(8、Tu Y F，Huang S Y，Sang J P，et al.Preparation of Fe-doped TiO₂ nanotube arrays and their photocatalytic activities under visible light[J].Materials Research Bulletin，2010，45(2)：224-229；[9]Lai Y K，Huang J Y，Zhang H F et al.Nitrogen-doped TiO₂ nanotube array films with enhanced photocatalytic activity under various light sources[J]Journal of Hazardous Materials，2010，184(1-3)：855-863；[10]Zhou M J，Zeng Z O，Zhong L.Energy storage ability and anti-corrosion protection properties of TiO₂-SnO₂ system[J]Materials and Ccorrosion-Werkstoffe und Korrosion，2010，61(4)：324-327；[11]Subasri R，Shinohara T，Mori K.TiO₂-based photoanodes for cathodic protection of copper[J].Journal of the Electrochemical Society，2005，152(3)：B105-B110；[12]Lin Z Q，Lai Y K，Hu R G，et al.A highly efficient ZnS/CdSTiO₂ photoelectrode for photogenerated cathodic protection of metals[J]Electrochimica Acta，2010，55(28)：8717-8723)。其中用阳极氧化法制备的纳米管阵列膜，比表面积更大，与纳米颗粒组成的薄膜相比，更适合电子的传输。但是，这种单纯的TiO₂纳米管阵列膜对太阳光的利用率仍然低，且光生电子-空穴对快速复合，光电转化效率较低。采用某些半导体量子点作为光敏剂，对TiO₂薄膜进行敏化，通过控制半导体量子点的尺寸调节它们的能带，使其吸收光谱分布在太阳光区；另外，半导体量子点的化学稳定性好，价格低廉，应用在太阳能电池以及光催化中，已显示出优良的光电化学性能。但是，在光生阴极保护的研究方面，还缺乏应用制备量子点方法对TiO₂纳米膜进行改性的报道。