[发明专利]用于光生阴极保护的Ag2S/TiO2复合膜光阳极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合膜光阳极，尤其是涉及一种用于光生阴极保护的Ag₂S/TiO₂复合膜光阳极的制备方法。

背景技术

二氧化钛(TiO₂)是一种具有优良的光电化学性质的半导体，已广泛应用于太阳能电池、光催化降解污染物、生物材料等方面。上世纪90年代Yuan等在Cu基体上制备TiO₂涂层，在光照条件下发现TiO₂/Cu的电极电位降低，说明TiO₂涂层对Cu基体有光生阴极保护作用（Yuan J N,Tsujikawa S,et al.,Characterization of sol-gel-derived TiO₂coatings and their photoeffects on copper substrates[J].Journal of the Electrochemical Society,1995,142(10):3444-3450）。随后，Fujishima研究组和Tsujikawa研究组分别报道了在304不锈钢和碳钢表面涂覆纳米TiO₂薄膜，在紫外光照射下对金属基体有光生阴极保护作用（Ohko Y,Saitoh S,et al.,Photoelectrochemical Anticorrosion and Self-Cleaning Effects of a TiO₂Coating for Type 304 Stainless Steel[J].Journal of The Electrochemical Society,2001,148(1):B24-B28；Fujisawa R,Tsujikawa S,Photo-protection of 304 stainless steel with TiO₂coating[J].Materials Science Forum,1995,(185-188):1075-1081；Huang J,Shinohara T,et al.,Protection of carbon steel from atmospheric corrosion by TiO₂coating[J].Zairyo to Kankyo,1999,48(9):575-582），使腐蚀研究者看到了开发新的防腐蚀技术的希望。根据上述的研究，如果把光照下的TiO₂薄膜通过导线与金属连接，其产生的光生电子通过导线转移到金属表面，使金属的电极电位降低，也可起到对金属阴极保护的作用。这样，TiO₂薄膜光生阴极保护的作用就更有实用性。因此，TiO₂薄膜的制备和在金属腐蚀控制中的应用引起了腐蚀研究者的高度关注。

光生阴极保护作用的本质是将TiO₂半导体中光照激发产生的电子导入被保护的金属中，使金属的电极电位降低，发生阴极极化，从而抑制金属的腐蚀。这种方法更加节约能源和环保，具有诱人的应用前景。但是，由于二氧化钛是宽禁带的半导体(3.2eV)，只能吸收波长小于387nm的紫外光，对于可见光不能进行有效地吸收，所以对太阳光的利用率较低。还有，光生电子-空穴对在光照后转为暗态时复合速度快，会使光生阴极保护作用难以维持。为了提高TiO₂对太阳光的利用率，使其吸收范围扩展到可见光区，可采取多种方法对其改性，如金属或者非金属掺杂、复合半导体或表面光敏化等。为保持暗态时TiO₂膜的某些光电化学特性，有人采用不同能级的半导体(如SnO₂或WO₃等)作为电子储存材料与TiO₂组成复合膜，使其在光照转为暗态时也能维持一定的特殊作用。

对TiO₂进行改性的一个重要方法是复合窄禁带半导体，如CdS、CdSe和PbS，但这几种物质有较大的生物毒性，不利于在某些环境中的应用。因此，研究和选择一些毒性较小、污染较小的替代品，作为TiO₂复合膜的组分并提高其光电转化性能有重要意义。Ag₂S是一种毒性低、禁带宽度(E_g=1.0eV)小的半导体，可实现全谱范围吸收，光电转换效率较高，如应用于制备TiO₂复合膜有可能获得良好的光电转化性能，作为光阳极的复合膜可能产生优良的光生阴极保护作用。