金属硒化物修饰的TiO2纳米材料对304不锈钢的光生阴极保护

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TiO2纳米薄膜因具有优良的光电性能、光催化性能、环境友好性和化学稳定性而备受关注,其对金属材料优良的阴极保护性能也展现出了诱人的发展前景,近年来,越来越多的科研工作者将TiO2纳米薄膜应用于金属腐蚀防护的研究中。然而,一方面,TiO2对太阳光的光响应范围较窄,仅局限于紫外光区(仅占太阳光谱的5%),因而对太阳能的有效利用效率极低;另一方面,光照下TiO2产生的光生电子-空穴对复合率较高,光电转换效率不高,无光照条件下光生阴极保护性能不佳。为了获得解决上述问题的有效途径,研究者们做了大量的研究工作。本研究侧重于探究金属硒化物修饰的二氧化钛纳米材料对304不锈钢的光生阴极保护性能及作用机理。本文以纯的钛箔作为基底,采用阳极氧化法在它的表面制备出排列整齐有序的TiO2纳米管阵列薄膜,再在TiO2纳米管阵列薄膜表面用电化学沉积的方法分别修饰上NiSe2和WSe2两种金属硒化物。所制试样的表面形貌特征、物相结构组成和紫外、可见光区的光响应性能分别通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等表征手段来观测。TiO2纳米管阵列薄膜和经金属硒化物修饰后的复合纳米薄膜对304不锈钢的光生阴极保护性能则采用腐蚀电化学测试技术和光电技术相结合的方式来探究。(1)通过改变电化学沉积的循环周期在TiO2纳米管阵列薄膜表面修饰上不同量的NiSe2纳米颗粒,通过性能测试优选出可见光下对304不锈钢具有最佳光生阴极保护性能的NiSe2/TiO2纳米复合膜。试验结果表明,NiSe2纳米颗粒的存在将TiO2的光响应范围拓宽到了可见光区域,对304不锈钢的光生阴极保护性能也得到了极大的提高;当电化学沉积的周期为2时制备得到的NiSe2/TiO2纳米复合膜对304不锈钢具有最优的光生阴极保护性能,304不锈钢偶联制备得到的复合膜在可见光照下产生的光生电流密度可以达到283μA/cm2,开路电位的值可以负移达到-730 mV。(2)以二氧化钛为基底,采用恒电流电沉积的方法通过改变沉积液中SeO2的加入量制备获得不同的WSe2/TiO2纳米复合薄膜材料,观测SeO2加入量与复合薄膜材料的光响应和光生阴极保护性能的影响。结果表明,WSe2修饰后的TiO2纳米管薄膜相比纯TiO2纳米管薄膜在可见光区的光响应性能和对304不锈钢的光生阴极保护性能均有明显提升。当SeO2的加入量为20 mg时制备得到的WSe2/TiO2纳米复合膜对304不锈钢具有最优的光生阴极保护性能,304不锈钢偶联此复合膜在可见光照射下的光生电流密度可以达到206μA/cm2,开路电位的值可以负移达到-800 mV。
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