[发明专利]一种用于光生阴极防腐的锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于光生阴极防腐的锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法，属于防腐材料制备领域。本发明先将氧化石墨烯分散液加入四氯化钛溶液中，以四氯化钛为钛源通过加热、煅烧等工艺在石墨烯上生长锐钛矿型二氧化钛纳米晶，随后向钛前驱体溶液中加入二氧化钛晶种/石墨烯复合材料，并进行水热反应，水热条件下，晶种的存在使锐钛矿型二氧化钛快速生长，并能有效促进二氧化钛花状形状的形成，最终得到锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯光生阴极防护材料，该光生阴极防护材料光电转化效率好，防腐效果佳，并具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于防腐材料制备领域，具体涉及一种用于光生阴极防腐的锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

金属材料尤其是钢结构物在使用过程中常常发生腐蚀现象，造成环境污染、资源浪费，严重危害人们的工作和生活，而且对国民经济也造成巨大损失。因此，金属防护显得尤为重要。目前金属防护的方法主要有牺牲阳极法、外加电流法和光阴极保护法等。光生阴极保护是近年来发展起来的一种新型防腐技术，具有不牺牲阳极、不消耗电能、价格低廉和环境友好等优点。

众多光生阴极保护材料中，二氧化钛具无毒性、稳定性好等特点，因而一直以来都是光电领域研究的热点；近年来，石墨烯由于其极高的导电性能，在光生阴极保护领域也占据了一席之地。二氧化钛/石墨烯复合材料结合了二氧化钛和石墨烯两者的优点，具有优异的光生阴极保护性能。其基本原理：在光照下，复合材料中的二氧化钛上的电子会被激发，二氧化钛受激发产生光生电子从其价带跃迁到导带，由于石墨烯良好的导电性，作为电子传输的桥梁，将大量的电子从二氧化钛的导带迅速迁移至不锈钢电极，使得不锈钢电极上的电子密度增加，电位降低至低于其自腐蚀电位，抑制了金属的腐蚀，从而使不锈钢得到了有效的保护。中国专利(申请号201510153765.3)提供了一种金红石型花状二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法，该技术显示出花状结构二氧化钛的优越性，即更大的比表面积和电子传输效率；然而，相较于锐钛矿型二氧化钛，金红石型二氧化钛的光响应能力和光阴极防护性能较弱。然而中国专利(申请号201410355247.5)提供了一种锐钛矿型二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法，但是其只能制得常规锐钛矿型二氧化钛晶型，并且晶体的比表面积不够大。因此，合成一种锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯复合材料尤显重要。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明提供了一种用于光生阴极保护的锐钛矿型花状菱形二氧化钛复合材料，该方法制备工艺简单，光生阴极防腐效率高。

本发明提供了一种上述锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯复合材料的制备方法，具体特征步骤如下：

1、向氧化石墨烯分散液中加入四氯化钛溶液，充分搅拌后在60～80℃下加热1～3h，待冷却至室温后，洗涤至中性，洗涤后的样品在60～80℃下干燥，并于400～600℃下氮气氛围中煅烧1～3h，即得到锐钛矿型二氧化钛晶种/石墨烯复合材料，

其中，氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的质量浓度为1～2mg/mL，四氯化钛溶液的摩尔浓度为2.5～4.0mol/L；氧化石墨烯分散液与四氯化钛溶液的体积比为45～70:1～2。

2、将1～2mL四氯化钛溶液加入到摩尔浓度为4.0～6.0mol/L的盐酸溶液中制得钛前驱体溶液，加入步骤1中得到的锐钛矿型二氧化钛晶种/石墨烯复合材料，超声分散，混合均匀后，将混合分散液转移到水热釜中，将水热釜移至烘箱内，在150～180℃条件下水热反应10～16h，待冷却至室温后，收集滤饼并洗涤至中性，于60～80℃下干燥，即得到锐钛矿型花状菱形二氧化钛/石墨烯光生阴极防护材料，

其中，四氯化钛溶液的摩尔浓度为2.5～4.0mol/L。

本发明的有益效果如下：