[发明专利]ZnO/CdO/CdSe复合薄膜的制备及其在光电化学阴极保护中的应用

说明书

本发明属于光电化学阴极保护技术领域，具体涉及ZnO/CdO/CdSe复合薄膜的制备及其在光电化学阴极保护中的应用，本发明首先利用醋酸锌经高温煅烧制备得到氧化锌晶种层，然后使氧化锌晶种层在无水氯化锌和乌洛托品的混合溶液经水热反应和高温煅烧制得ZnO薄膜，ZnO薄膜再于硝酸镉和硫代乙酰胺的混合溶液经水热反应和高温煅烧制得ZnO/CdO复合薄膜，最后ZnO/CdO复合薄膜经硒化制得ZnO/CdO/CdSe复合薄膜。该ZnO/CdO/CdSe复合薄膜可作为光阳极应用于光电化学阴极保护中，可以克服当前的光电化学阴极保护材料光利用率不够，光生电子空穴对分离效率低的问题。

技术领域

本发明属于光电化学阴极保护技术领域，具体涉及ZnO/CdO/CdSe复合薄膜的制备及其在光电化学阴极保护中的应用。

背景技术

金属腐蚀是自然界不可避免的现象，除了金，铂和其他贵金属，自然界中的大多数金属都有因为腐蚀而转变为氧化物或稳定化合物的趋势，导致自然界中几乎没有纯金属。目前，金属腐蚀给世界各国带来了严重的经济损失和安全事故。因此，金属腐蚀防护已成为一个重要的基础科学研究问题。其中，海洋钻井平台、海洋船舶等海洋工程由于面临着严酷的海洋环境，对金属腐蚀的防护要求更高。

在金属的腐蚀防护技术中，阴极保护是应用得最广泛的技术之一。阴极保护法中又分为外加电流阴极保护和牺牲阳极保护，其中，外加电流阴极保护是将受保护的金属与外部电源的负极欧姆连接，而惰性电极则与正极连接，然后都放置在腐蚀电解质中以形成电解池，此过程金属将被保护为阴极。该方法主要用于保护土壤，海水和河流中使用的金属，因为这些金属可以提供电解池环境。但这种方法需要可靠的外部电源，对附近金属结构，特别是在阳极附近的扰大，另外还需要设置阴极保护站进行日常维护管理，维护成本较高。牺牲阳极阴极保护法是利用还原性更强的金属与被保护金属相连，活性更高的金属会优先被腐蚀，在这个过程中被保护金属将会充当阴极而被保护在阴极保护法中，但牺牲阳极阴极保护法中的牺牲阳极容易丢失并且寿命短，不适合高电阻环境，并且保护电流不可调，驱动电流小。

由于传统的阴极保护技术存在金属浪费污染，维护成本高等问题。近年来，光电化学阴极保护法已成为阴极保护技术中的又一研究热点。光电化学阴极保护技术是一种新的，绿色、无污染的金属阴极保护方法。其原理是利用半导体涂层能在光照辐射条件下产生光生电子空穴对的效应，将半导体涂层受光激发产生的光生电子转移到基底金属材料上，从而达到对基底金属实现类似外加阴极电流保护的技术。

当前，光电化学阴极保护法广泛使用的光阳极为半导体材料。因为金属腐蚀的主要原因是在腐蚀性介质中存在氧化性物质，其氧化还原电势比金属的自腐蚀电势更正。阴极保护的本质是为被保护的金属提供更多的负电子，该负电子可以被氧化物质氧化，以代替金属腐蚀。而半导体由于其特殊的能带结构，在一定光强的光照射下将会产生光生电子-空穴对，光生电子-空穴对发生分离后将分别参与材料表面的氧化还原反应。在环境条件的影响下，如果光生电子向金属的传输速率高于金属氧化过程中电子消耗速度的传输速率，则光生电子将富集在受保护的金属中，即电子积聚效应；半导体此时将使金属的电势极化到更负的区域从而使金属得到阴极保护效果。理论上，半导体材料在实现光电化学阴极保护的过程中自身不会发生损耗且利用的是储存量丰富的太阳能。因此，光电化学阴极保护技术是有望成为永久性的保护涂层，是真正意义上的绿色环保防腐蚀技术，具有广泛的应用前景。

目前，半导体应用于光电化学阴极保护主要存在两个大问题：(1)目前研究的主体材料如二氧化钛，氧化锌等只能对紫外光响应，紫外光在太阳光中占比很小，即材料对光的利用率不够。(2)单一材料的光生电子空穴对分离效率太低，导致材料的光生电子利用率较低。因此，研发光利用率以及光生电子空穴对分离效率高的光电化学阴极保护材料具有重要的应用价值。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种ZnO/CdO/CdSe复合薄膜的制备方法，所制备得到的ZnO/CdO/CdSe复合薄膜可作为光阳极应用于光电化学阴极保护中，克服了当前的光电化学阴极保护材料光利用率不够，光生电子空穴对分离效率低的问题。