基于阴极保护TiO2光生材料的改性研究进展

光生阴极保护作为一种清洁有效的金属保护形式,近年来掀起了研究的热潮.TiO2是光生阴极保护中常用的半导体材料,但是TiO2纳米材料光电性能较差,只能利用太阳光中不到4％的紫外光部分.因此,通过改性提高TiO2纳米材料来提高其光电性能成为研究热点.对基于TiO2光生阴极保护的基本原理与被保护金属的作用形式及常用的测试方法进行了介绍,并对各种改性形式的TiO2光生阴极保护的研究进展做了汇总,最后对光生阴极保护的发展前景进行了展望.     

光生阴极保护技术的研究进展及其存在的问题

本文综述了近年来光生阴极保护在拓宽光吸收范围、提升电子-空穴分离率与电子传导效率以及实现暗态保护等重要问题上的研究现状,重点归纳了六种改性方法,包括导电聚合物修饰、构建异质结、复合二维导电材料、调控形貌、掺杂金属或非金属元素以及耦合储能半导体,指出了当前暗态保护的持续时长较短、部分实验可重复率低等问题,分析并列举了目前尚未解决的技术难点,如克服自然光强度不足、电解质溶液条件苛刻和光生阴极系统设计的复杂性等;最后提出了开发自然光驱动半导体材料、制备胶状电解质与存储电解质的胶囊材料以及设计光生阴极保护涂料等解决途径.     

中科院兰化所：柔性二氧化钛基纳米杂化材料制备技术取得重要进展

中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室刘维民、周峰研究员带领的课题组在多孔二氧化钛纳米管制备高韧性同轴纳米杂化材料方面取得了重要进展。该研究将导电聚合物或金属纳米线和纳米管沉积在二氧化钛纳米管中形成两相交替排列的杂化复合材料,为高韧性二氧化钛纳米管／导电聚合物（半导体,金属）纳米线和纳米管同轴材料的大面积制备提供了新的便捷途径。     

我国柔性二氧化钛基纳米杂化材料制备技术取得重要进展

中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室刘维民、周峰研究员带领的课题组在多孔二氧化钛纳米管制备高韧性同轴纳米杂化材料方面取得了重要进展。该研究将导电聚合物或金属纳米线和纳米管沉积在二氧化钛纳米管中形成两相交替排列的杂化复合材料，为高韧性二氧化钛纳米管／导电聚合物（半导体，金属）纳米线和纳米管同轴材料的大面积制备提供了新的便捷途径。     

SnO2/TiO2纳米管阵列对304不锈钢的阴极保护效果

目前,就SnO2/TiO2复合薄膜对不锈钢的光生阴极保护效果的研究有待深入。以两步阳极氧化法在钛箔表面制备TiO2纳米管阵列膜,并将其浸渍在不同浓度的SnO2溶液中,得到了SnO2/TiO2复合纳米管阵列材料。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)研究了其表面形貌、晶型,用电化学方法研究了SnO2/TiO2复合纳米管阵列对304不锈钢的光生阴极保护特性及耐腐蚀性能。结果表明:TiO2纳米管排列规整,孔径约80~150 nm;以0.5 mol/L SnO2溶胶制备的SnO2/TiO2半导体供给外电路的电子数最高;在紫外光照1 h时,TiO2和SnO2/TiO2均对304不锈钢有一定的光生阴极保护作用;闭光后SnO2/TiO2光生电极在较长时间内维持较低电位,低于其在3.5%NaCl溶液中的自腐蚀电位,延时阴极保护作用可以达到8.5 h。     

铂修饰二氧化钛纳米片的制备及其光电催化析氢反应研究

利用静电吸附作用在二氧化钛纳米片上负载铂原子制备了两种不同形态的铂催化剂。SEM、XRD、TEM测试结果表明, 改变铂负载量可以调控铂的形貌结构。在低Pt负载(0.2wt%)下, 铂原子主要是半径约2 nm的纳米簇, 当Pt负载量增加到1wt%时, 铂原子在二氧化钛纳米片上堆积成纳米颗粒。调控Pt负载量和纳米结构, 可以显著提高二氧化钛纳米片催化析氢反应的活性。在AM1.5太阳光照射下, 两种催化剂的塔菲尔斜率都小于100 mV/dec, 分别为56和90 mV/dec。与TiO₂-Pt1%催化剂相比, TiO₂-Pt0.2%具有更理想的金属-半导体界面, 有利于光生电子迁移至铂纳米簇表面, 因而具有更高的催化活性。本实验为研究更加高效的铂催化剂和其他光电催化剂提供了新的途径。     

纳米TiO2/Sb2O5涂层的光生阴极保护研究

采用溶胶凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层. 用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、晶体结构以及组成进行表征. 采用电化学方法研究涂层的光电化学性能与光生阴极保护特性. 结果表明,所制备的纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层表面连续、均匀、致密;XRD分析表明纳米TiO₂为锐钛矿型;XPS分析表明纳米涂层表面与内层均由Ti、Sb、O、C四种元素组成;稳定电位与极化曲线测试表明,在3%NaCl溶液中,纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层的光电化学性能低于纯纳米TiO₂涂层,但纳米TiO₂/Sb₂O₅涂层经紫外光照1h,停止紫外光照后的延时阴极保护作用可达4h. 通过研究分析,提出了一种新的纳米叠层涂层光生阴极保护作用机理.     

CdIn2S4/TiO2纳米复合材料的制备及其对Q235碳钢的光生阴极保护性能

为了提高TiO2的光电转换效率及其在可见光下的光生阴极保护性能,采用水热法在阳极氧化制备的TiO2纳米管上沉积CdIn2S4,制备了CdIn2S4/TiO2纳米复合材料.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)分析材料的表面形貌、晶相、元素组成和光响应特征;通过测试开路电位(OCP)、Tafel极化曲线以及电化学阻抗谱(EIS)等方法研究复合材料对Q235碳钢的光生阴极保护效果.结果 表明:TiO2纳米管表面成功负载了花簇状的CdIn2S4.在可见光照射下,CdIn2S4/TiO2纳米复合材料可以使Q235碳钢的开路电位明显负移,电位可以降至-1.12 V(vs SCE),表明将CdIn2S4与TiO2复合后可以明显提升TiO2对Q235碳钢的光生阴极保护性能,这是由于沉积CdIn2S4后,TiO2纳米管对可见光的响应能力显著增强,光电转换效率明显提升.     

AgBiS2/TiO2纳米复合材料的制备及其光生阴极保护性能研究

为了开发一种更加清洁、高效、价廉、低耗能的阴极防护材料,通过电化学阳极氧化法和连续离子层吸附反应法制备了一种Ag BiS2/Ti O2纳米管阵列复合物材料。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)分别表征了复合材料的化学组成、表面形貌以及光学吸收性能;通过电流密度、开路电位、Tafel极化曲线评价了AgBiS2/Ti O2纳米管阵列薄膜复合材料的光电转化性能和光生阴极保护性能。结果表明:AgBiS2修饰Ti O2纳米管阵列后的复合物薄膜,可见光照下表现出优异的光电化学性能,304不锈钢的开路电位从-183 m V(vs SCE,下同)降至约-950 m V,闭光后,电极电位可在-800 m V保持12 h以上。与纯Ti O2纳米阵列薄膜相比,AgBiS2/Ti O2纳米复合物薄膜对304不锈钢在3.5%(质量分数) NaCl腐蚀介质中具有更优异的光生阴极保护效果。     

一步水热模板法制备Cu-TiO2异质结构纳米粒子（英文）

以聚乙二醇(PEG)为软模板剂,采用一步水热法合成了具有异质结构的铜–二氧化钛复合纳米粒子.利用X射线衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等分别对制备材料的相组成、微观结构进行了研究.结果表明,一步水热法制备的异质纳米粒子由单一立方相铜和锐钛矿相二氧化钛组成.高分辨透射电子显微镜(HRTEM)在单一粒子中观测到清晰的铜(101)和二氧化钛(111)晶面构成的界面.该界面有助于二氧化钛光生电子–空穴对的分离.同时,所制备纳米粒子的颗粒尺寸和光吸收特性可以通过改变PEG分子链长进行微调.本研究还对水热过程的反应机理进行了讨论,结果表明:PEG与铜氨络合物通过氢键连接,其链长对于粒子尺寸的影响在于PEG对Cu颗粒的尺寸进行的调节,而此过程中二氧化钛的晶粒尺寸并无明显变化.紫外–可见吸收光谱表明该异质纳米粒子与普通二氧化钛纳米粉体相比,对可见光区光谱有较为强烈的吸收.该界面纳米材料是一种有潜在应用价值的光催化材料和太阳能电池材料.     

聚乙烯/无机纳米复合材料的抗紫外老化性能

研究了茂金属聚乙烯（mPE）／纳米TiO2、线形低密度聚乙烯（LLDPE）／纳米ZnO、LLDPE／纳米CaCO3复合材料经过不同时间紫外辐照后的力学性能和热学性能,用傅立叶红外光谱测定了紫外辐照后的基团变化。结果表明,纳米TiO2和ZnO对聚乙烯抗紫外老化性能有比较明显的提升,为聚乙烯纳米复合材料的制备、加工和应用提供了理论依据。     

海洋工程阴极保护技术发展评述

海洋属苛刻的腐蚀环境,腐蚀是影响海洋工程结构物服役性能和使用寿命的关键因素。阴极保护和涂层等手段相结合是防止海水中金属结构物腐蚀的有效方法。根据提供保护电流方式的不同,阴极保护分为牺牲阳极和外加电流阴极保护两种方法。牺牲阳极方法简单可靠,但阳极材料用量大,且要较为精确的设计。外加电流阴极保护方法可以实现自动控制,通过自动调整输出电流的大小,使被保护的结构物表面处于设定的保护电位范围。这里对海洋工程阴极保护技术的发展状况进行了较为系统的评述,介绍了海洋工程用牺牲阳极材料和外加电流阴极保护系统,分析了适用于不同强度级别结构材料的阴极保护电位范围,阐述了阴极保护优化设计技术,尤其是数值模拟技术的发展和应用状况,并讨论了海洋工程阴极保护监检测技术。最后,指出了海洋工程阴极保护技术未来的发展方向。     

EVA/TiO2纳米复合材料的制备与性能

采用两种方法优化EVA/TiO2纳米复合材料的制备方法与工艺参数,选取性能最佳的一步法制备样本,进一步应用FESEM方法表征纳米粒子的粒径及分散状态,并测试材料力学性能。研究发现,基于神经网络和遗传算法的优化方法比正交实验分析优化方法更佳;纳米TiO2微粒在EVA基体中分散良好,拉伸强度、断裂伸长率和弹性模量均有所提高,起到了增强增韧作用。纳米TiO2填充量为5%时,拉伸强度提高最多;纳米TiO2填充量为1%时,断裂伸长率提高最多;随着纳米TiO2填充量的增加,弹性模量整体呈上升趋势。     

纳米二氧化钛/壳聚糖一维纳米复合材料制备及结构分析

无机材料纳米二氧化钛和生物材料壳聚糖在抗菌方面都有比较广泛的应用,但是二者的抑菌机理有所差别,各自在应用中也存在一定缺点和局限性.为改善性能,扩展应用,提出纳米二氧化钛/壳聚糖一维复合的概念,制备了纳米二氧化钛/壳聚糖一维纳米复合材料,并利用IR、XRD、SEM对其基本结构进行了研究.     

纳米TiO2制备技术及其在光催化领域中的应用

纳米TiO2是一种高效节能的光催化功能材料,其制备与应用在当代越来越受到重视.分析了目前纳米TiO2的生产特点及不足,着重介绍了液相法生产纳米TiO2的制备工艺及特点,阐述了纳米TiO2光催化技术在环保领域中的广泛应用,提出了今后纳米TiO2的研究方向,并指出了纳米TiO2光催化技术在实际应用中存在的问题和研究焦点,展望了纳米TiO2光催化技术今后的发展方向.     

锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料的制备及其性能研究

以纳米锐钛矿型TiO2粉体作为主要原料,锌沸石作为载体,铈离子为掺杂离子,采用浸渍法制备锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料,运用抑菌圈法对其抗菌性能进行评价,用紫外光谱对比纯纳米TiO2抗菌材料和锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料的光催化效果。结果表明,纳米TiO2与硝酸铈的物质的量比为40∶1、反应时间为0.5h、焙烧温度为300℃、pH=3条件下抗菌性能最佳,抑菌圈直径达到34.63mm。锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料样品对于大肠杆菌具有明显的抑杀效果。     

聚丙烯/纳米二氧化钛复合材料的超临界流体微孔发泡

以聚丙烯(PP)/nano-TiO2复合材料为研究对象,采用快速降压超临界微孔发泡技术,制备了泡孔密度、泡孔直径分别为2.8×107cell/cm3~3.15×109cell/cm3,46.36μm~6.08μm的PP/nano-TiO2微孔复合材料。研究了复合材料中nano-TiO2的质量分数、饱和压力及发泡温度对PP/nano-TiO2复合材料发泡行为的影响,通过扫描电镜(SEM)对微孔形貌进行表征。结果表明,加入nano-TiO2可以改善PP的发泡性能,并得到泡孔分布均匀的闭孔发泡材料;随复合材料中nano-TiO2质量分数由1%提高到5%,泡孔密度增加,泡孔直径减小。对于nano-TiO2质量分数为3%的PP/nano-TiO2复合材料,随着饱和压力的增加,泡孔直径和泡孔密度都增加;随着发泡温度的升高,泡孔密度减小,泡孔直径变大。     

尼龙6/纳米TiO2及尼龙6/纳米Al2O3原位复合材料的性能

通过原位复合的方法合成了尼龙6／纳米TiO2和尼龙6／纳米Al2O3复合材料，并对材料的力学性能、动态力学行为和光氧化降解行为进行了初步的探讨。结果表明，经钛酸酯偶联剂表面处理的纳米TiO2和纳米Al2O3的加入，可以在一定程度上同时提高尼龙6基体的强度和韧性。此外，氙灯老化实验和XPS测试结果表明，尼龙6／纳米TiO2复合材料具有良好的耐光氧老化降解能力。     

纳米TiO2光催化材料在环境土壤修复中的应用研究进展

近年来对土壤污染的综合治理和修复已经成为环保领域的一个研究热点,光催化技术修复污染土壤是一种操作简便、费用低廉、无二次污染和具有广阔发展前景的新兴技术。分析了光催化技术修复污染土壤的原理,并综述了近年来纳米 TiO2光催化材料在土壤有机物污染物(农药、芳香族类和石油类等)的降解以及重金属离子(Ag+、Cr6+等)的光催化还原研究进展,并提出了未来的发展方向和建议。