[发明专利]一种用于光生阴极保护的MnSe/TiO2复合膜及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及复合膜光阳极，尤其是涉及一种用于光生阴极保护的MnSe/TiO₂复合膜及其制备和应用。

背景技术

TiO₂是一种较为常见的光电材料，具有良好的光催化、光敏化等特点，已成为一种极具发展前景的材料，被广泛用于空气净化、废水处理、太阳能电池、气敏传感器等领域。另外，其在金属腐蚀控制方面的价值也逐渐引起了国内外学者的广泛关注，特别在Yuan和Tsujikawa提出了光生阴极保护的概念以后，利用TiO₂半导体的光生电子进行金属的阴极保护这一绿色环保的金属腐蚀防护方法引起了人们极大的兴趣。(Yuan Jiangnan,Shigeo Tsujikawa.Photopotentials of copper coated with TiO₂bysol-gel method[J].Corrosion Engineering,1994,43(8):433440.)然而，TiO₂属于宽禁带半导体化合物，一般情况下只能吸收波长小于380nm的紫外光，另一方面，TiO₂受光激发后，电子空穴对存在时间短，光转化效率较低。为改进二氧化钛的光电化学性能，对其进行掺杂成为一种常用的手段，通过降低二氧化钛的禁带宽度以及减缓电子空穴对的复合时间，使得二氧化钛应用于光生阴极保护成为可能。

金属硒化物薄膜是一类非常重要的半导体薄膜材料,其带隙宽度通常在0.3～3.0eV之间,其在光电化学领域中扮演着重要的角色，如今被大量应用于太阳能电池、热电器件和光敏传感材料等。MnSe作为金属硒化物的一种，具有以上金属硒化物的通性，并且拥有比其他硒化物更加优异的光电特性。

不锈钢作为一种重要的金属材料，在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中都有广泛的应用。尽管耐化学腐蚀和电化学腐蚀性能在钢材里面是最好的，但在许多环境中，腐蚀现象仍非常严重，需要采用措施控制其腐蚀。传统的电化学腐蚀防护都有一定的缺陷，对于不锈钢的腐蚀控制技术仍需进行研究和开发。

发明内容

本发明的目的是在于为了克服以往制备的TiO₂薄膜对太阳光利用率低、光电效率较低以及在暗态下难以维持良好光生阴极保护效应等问题，提供一种用于光生阴极保护的MnSe/TiO₂复合膜及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种用于光生阴极保护的MnSe/TiO₂复合膜，钛基体表面煅烧负载TiO₂纳米管阵列膜，纳米管膜在交替浸渍于分别含有Mn²⁺离子的溶液和Se^2-离子的溶液中，进而获得MnSe/TiO₂复合膜。

具体是：

1)钛表面TiO₂纳米管阵列膜的制备：将NH₄F溶解在去离子水中，加入乙二醇混匀，以铂作为对电极，阳极氧化后，将预处理的钛基体煅烧，再随炉冷却至室温，即可在钛表面制得TiO₂纳米管阵列膜；

2)MnSe/TiO₂复合膜光阳极的制备：将上述获得TiO₂纳米管置于目标阳离子溶液中浸渍，而后在去离子水中浸渍，然后再在目标阴离子溶液中浸渍，最后在去离子水中浸渍，作为一次循环浸渍，如此反复循环浸渍30-40次后，清洗，干燥后，即得用于光生阴极保护的MnSe/TiO₂复合膜；

所述，目标阴离子为1.5-2mmol/L的SeO₂溶解于无水乙醇中，加入NaBH₄作为还原剂将Se⁴⁺还原成Se^2-作为目标阴离子；其中，SeO₂与NaBH₄的物质的量比例为1:1；

目标阳离子为1.5-2mmol/L MnCl₂溶于无水乙醇中作为目标阳离子。

所述煅烧是将预处理的钛基体放置在马弗炉中于450-500℃下煅烧2-2.5h。

所述一次循环浸渍是将TiO₂纳米管置于上述目标阳离子溶液中浸渍30-40s，然后在去离子水中浸渍10-15s，再放置目标阴离子溶液中浸渍30-40s，在去离子水中浸渍10-15s。