[发明专利]用于光电化学阴极保护的纳米片阵列复合光电材料及制备和应用

说明书

本发明属于光电化学阴极保护领域，具体地讲，本发明涉及一种用于模拟真实海洋环境下的光电化学阴极保护的纳米片阵列复合光电材料及其制备方法和应用。本发明通过简单的一步水热法合成具有高能晶面的TiO₂纳米片阵列基底薄膜，并通过两次连续离子层吸附反应(SILAR)在纳米片表面沉积AgInSe₂/In₂Se₃纳米复合层构成多相异质结体系。与单一AgInSe₂敏化的TiO₂纳米片阵列光阳极相比，AgInSe₂/In₂Se₃/TiO₂多相异质结的构建进一步优化了能带的匹配，降低了电荷转移势垒，有助于增强光电转换性能。在模拟太阳光照射下，当复合材料与不锈钢或铜等金属材料偶联时，可产生较大的光生电流，在模拟海洋环境中展现了高效的光电化学阴极保护性能。本发明具有实验操作简单易行，产品绿色高效，光电转换效率高的特点。

技术领域

本发明属于光电化学阴极保护领域，具体地讲，本发明涉及一种用于模拟真实海洋环境下的光电化学阴极保护的AgInSe₂/In₂Se₃/TiO₂纳米片阵列复合光电材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于腐蚀会造成巨大的损失，因此腐蚀的防护和控制对于人类来说至关重要。在所有腐蚀防护和控制方法中，光电化学阴极保护凭借其节能环保和经济高效的优势而受到越来越多的关注，该方法主要利用半导体的光电转换效应将太阳能转换为电能，然后将光生电子传输到金属材料，从而实现阴极保护效果。这项技术的关键是选择合适的半导体材料，并充分利用其出色的光电化学转换性能。TiO₂由于具有适当的电子能带结构，无毒，良好的光稳定性和高的化学惰性以及低成本等优点，被证明是最有前途的半导体材料，并在光伏电池，光催化以及污染物降解等领域中得到了广泛的应用。但是，由于TiO₂具有较宽的带隙(3.2eV)，其光吸收范围被限制在紫外线区域，此外，其产生的光生载流子也易于复合，这些限制了其在光电化学阴极保护领域的应用。

因此，研究人员通过一系列修饰改性方法来提高TiO₂的光电性能，发现对TiO₂进行形貌调控和半导体复合，如制备出如纳米管、纳米棒、纳米片等特殊形貌的TiO₂，以及用窄禁带的敏化剂进行修饰，是提高其光电化学阴极保护性能的有效方法。

尽管目前已有很多相关研究，但其制备的纳米光电材料在应用于光电化学阴极保护性能研究时，大多置于还原性的溶液(如还原性较强的Na₂S、Na₂SO₃及NaOH溶液)中而非在实际海洋环境中进行研究，此实验条件与实际环境相差较大，可能并不适用于真实的海洋环境，因此光电化学阴极保护效果可能大打折扣。此外，在测定光电化学阴极保护性能过程中，采用的辐照光源强度较高(光强为400mWcm^-2甚至更高)，比实际环境中的太阳光强度(光强约为100mW cm^-2)高很多，在实际应用中的阴极保护效果可能远低于实验室结果。因此，在真实海洋环境中以及实际光照条件下进行所制备材料的光电化学阴极保护性能研究显得愈发重要。

发明内容

针对上述金属腐蚀的光电化学阴极保护的问题，本发明的目的是提供一种用于模拟真实海洋环境中光电化学阴极保护的AgInSe₂/In₂Se₃/TiO₂纳米片阵列复合光电材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：