[发明专利]一种Bi2

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，尤其是涉及一种Bi₂Se₃/TiO₂纳米复合膜及其制备和在光生阴极保护中的应用。先通过阳极氧化法在预处理后的钛基底试样表面制备TiO₂纳米管阵列膜，再通过化学浴沉积法于TiO₂表面制备Bi₂Se₃纳米花，所述获得TiO₂纳米管阵列与其表面均匀分布的Bi₂Se₃纳米花构成了具有NN型异质结构的Bi₂Se₃/TiO₂纳米复合膜。本发明复合膜紫外可见漫反射吸收光谱说明Bi₂Se₃/TiO₂纳米复合膜具有更优于TiO₂的可见光吸收效果。将本发明的Bi₂Se₃/TiO₂纳米复合膜与304不锈钢偶联后，开路电位‑时间曲线显示304不锈钢的开路电位达‑996mV，说明304不锈钢已经进入很好的阴极保护状态。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其是涉及一种Bi₂Se₃/TiO₂纳米复合膜及其制备和在光生阴极保护中的应用。

背景技术

金属腐蚀在各行各业都普遍存在，它是金属材料与周围环境发生物理或化学反应而造成的破坏性侵蚀。据中国工程院重大咨询项目“我国腐蚀状况及控制战略研究”公布的调研结果，2014年我国全行业腐蚀总成本约占国内生产总值(GDP)的3.34％，达2.1万亿元，足见其重大的防腐意义。不锈钢因具有极佳的耐蚀性能，在石油化工、建筑、生活、航海、航空等领域被广泛使用。然而将不锈钢置于海洋环境中很快便会生锈。不锈钢耐蚀性的根本原因在于其表面极薄但细密坚固的富铬氧化膜，这层膜阻断了氧原子的渗入，避免了氧化还原反应的发生。但是海洋环境中的氯离子极易破坏富铬氧化膜，从而导致了不锈钢的快速腐蚀。传统的金属腐蚀防护手段有：改变金属材料成分、表面添加保护层、牺牲阳极保护法、外接电流阴极电保护法以及改变腐蚀环境等。每种防护手段在海洋环境中应用时都存在难以弥补的缺点，比如：改变金属材料成分的手段对已经建成的钢结构而言是无效的；在金属表面添加保护层时，很难做到无漏点、无空隙，并且还要考虑老化等问题；牺牲阳极保护法要时常更换阳极件，在远洋钢结构中难以实施；外接电流阴极保护法因需要持续的直流电供应，不适用于供电不便的情况，如远洋平台等。在此背景下诞生了一种新的防护手段——光生阴极保护，它综合考虑了上述全部方式的优缺点，而光生阴极保护的优点正在于具有很强的可操作性、覆盖膜要求低、不需牺牲阳极件、不消耗电能等。

二氧化钛(TiO₂)是一种常见的光电材料，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。(CorrosionEngineering,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TiO₂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TiO₂的禁带宽度以及减缓电子空穴对的复合时间，提高对可见光的相应范围，使得TiO₂应用于光生阴极保护成为可能。