TiO2光生阴极保护纳米薄膜研究进展

光生阴极保护是一种新型的电化学保护方法,近年来成为腐蚀防护领域的研究热点。TiO_2薄膜具有光生电子-空穴对分离能力优异、稳定性良好、价格低廉等优点,在光生阴极保护技术中具有突出优势。首先介绍了TiO_2薄膜光生阴极保护原理,随后介绍了TiO_2薄膜材料的不同制备方法,包括溶胶-凝胶法、阳极氧化法、水热法、热分解法、电泳沉积法和磁控溅射法等。接着针对目前TiO_2薄膜材料存在的问题,阐述了不同掺杂/复合改性方法,主要有掺杂金属和非金属、表面金属沉积、纳米碳材料复合和半导体复合等。同时,总结了不同TiO_2涂层/金属体系(TiO_2/不锈钢体系、TiO_2/铜体系和TiO_2/碳钢体系等)的光生阴极保护研究进展。最后,对TiO_2光生阴极保护技术今后的发展进行了展望,指出拓展TiO_2薄膜的光吸收范围,提高TiO_2光生电子-空穴对的分离效率,获得高结合力、高耐磨性、抗老化的TiO_2涂层,将是未来光生阴极保护领域的重要发展方向。     

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。     

文摘辑要

正SnO2/TiO2纳米管阵列对304不锈钢的阴极保护效果2目前,就SnO/TiO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TiO纳米管阵列膜,并将其浸渍在不同含量的SnO溶液中,得到了SnO/TiO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SnO/TiO复合纳米管阵列     

改进型TiO_2光生阴极保护研究进展

概述了TiO2在腐蚀电化学中的应用以及在光生阴极保护方面的最新成果。分析了TiO2的不同制备方法和各自的特点。介绍了光生阴极保护实验的主要测试方法。列举了TiO2掺杂金属、非金属以及金属半导体在光生阴极保护领域的实验进展,并探讨了改性对TiO2光电转化性能的影响。展望了改进型TiO2在金属腐蚀防护领域的应用前景。     

TiO2纳米管阵列的制备与改性研究进展

TiO_2纳米管阵列具有比表面积大、吸附能力强和电子迁移率高等优点,在光催化降解有机污染物、染料敏化太阳能电池、光解水制氢、气敏元器件等领域具有广阔的应用前景,是当前人们的研究热点之一。对TiO_2纳米管阵列的常见制备方法及其制备原理进行了综述,并分析了各种制备方法的优缺点。同时,TiO_2由于是宽禁带半导体,其光吸收波长主要集中在紫外光区,光响应范围窄导致其对可见光的利用率较低。降低TiO_2的禁带宽度、抑制光生载流子-空穴的复合,成为提高TiO_2纳米管阵列的光催化效率及太阳能利用率的改性研究重点。着重阐述了国内外通过掺杂金属和非金属离子、沉积贵金属、复合半导体等方法来引入杂质或缺陷,使其光生载流子-空穴的复合减缓,或使其吸收光谱红移,从而达到提高光催化效果的相关研究进展,并指出了今后TiO_2纳米管阵列在制备、改性和应用等方面的研究重点和方向。     

热处理温度对TiO2纳米管阵列薄膜光生阴极保护性能的影响

在0.5 mol/L NH4HF2与1.0 mol/L NH4H2PO4的混合溶液中,利用阳极氧化的方法在钛基体上原位合成自组装有序的TiO2纳米管阵列薄膜材料,研究不同热处理温度对薄膜晶型及光生阴极保护能力的影响.结果表明:在外加电压为20 V时,对钛基体氧化8 h可得到长度为2 μm、内径为80 nm、外径为100 nm的TiO2纳米管阵列;经600 ℃热处理后,TiO2纳米管阵列具有稳定的管状结构,薄膜电极电位可负移至?0.389 V(vs SCE),表现出较佳的光生阴极保护能力.     

CdSe/石墨烯/TiO_2纳米管复合膜的制备及其对金属的保护性能

采用循环伏安沉积法在TiO2纳米管表面构筑了石墨烯和CdSe,其中TiO2纳米管是由阳极氧化法制备而成。通过扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)、X射线衍射分析(XRD)和紫外可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)等测试方法观察了复合膜的表面形貌、晶型和光响应特征;通过测试可见光照射前后电极的开路电位(OCP)、电化学阻抗谱(EIS)等研究了复合膜对304不锈钢的阴极保护效果。结果表明,锐钛矿相的TiO2纳米管阵列膜排列紧密,孔径约为30~60nm;石墨烯和立方晶相的CdSe均匀地覆盖在TiO2膜表面,在纳米管口与管壁均有分布;可见光照射下,与复合膜耦合的304不锈钢的电位可以从-180mV降至-900mV(SCE),与纯TiO2相比,电位更负。另外,切断电源后,复合膜能够对不锈钢起到延时保护作用并达到12h以上,这说明复合膜能够有效地解决暗态下TiO2光生电子空穴对易复合的问题,改进TiO2对304不锈钢的光生阴极保护效果。     

金属光电化学阴极保护材料及其防腐功能化实现研究进展

与传统的腐蚀保护方法相比,光电化学阴极保护是一种节能、环保、经济的腐蚀防护技术.该技术的关键特征是,利用光电化学阴极保护材料在光照条件下产生光生电子,而光生电子以电势差作为驱动力转移到金属上,并富集在金属表面,导致金属的电位负移,从而实现对金属的强制保护.总结了近年来国内外光电化学阴极保护材料的制备方法与性能特点,针对目前TiO2薄膜材料存在的问题,阐述了通过形貌调控、元素掺杂、半导体复合、异质结构成、材料耦合等方式,提升光电化学阴极保护性能的策略和技术.概括了非TiO2类光电化学阴极保护纳米材料的性能及应用,主要有ZnO、SrTiO3、In2O3、g-C3N4、铋基金属氧化物等半导体材料.明确了近年来光电化学阴极保护材料防腐功能化实现的途径和方法,包括光阳极法和直接涂敷法,并比较了二者之间的优缺点.最后,提出了金属光电化学阴极保护材料及防腐功能化研究的发展趋势及存在的问题.     

纳米TiO2的光催化性能改进和机理研究进展

从改善纳米TiO2的光催化性能出发,综述了晶相结构和结晶度、表面状态和结构等对TiO2催化性能的影响和对纳米TiO2改性的几种主要方法,重点强调了金属掺杂和复合半导体途径.以掺银TiO2和SnO2-TiO2复合半导体材料为例,详细分析了这2种改性体系对TiO2光催化性能的影响及其作用机理.最后指出了纳米TiO2光催化性能研究发展的重点.     

氢化TiO2纳米棒的制备及其对Q235碳钢的光生阴极保护特性

随着海洋开发的逐步推进,海洋工程中的金属防腐蚀问题显得愈加重要。目前,可利用半导体的光电效应实现对金属的光生阴极保护,为改善常用的TiO₂光电极材料的弱光吸收和低转换效率问题,文中利用水热法在FTO导电玻璃表面构建一维有序TiO₂纳米棒阵列,并通过氢化处理提高TiO₂对太阳光的吸收和光电流密度。考察了氢化TiO₂纳米棒阵列在海水环境下对Q235碳钢的光生阴极保护特性,结果表明氢化TiO₂纳米棒的光电流密度达到了2.12 mA/cm²,且稳定性良好;当Q235碳钢耦连于模拟太阳光照下的氢化TiO₂纳米棒电极时,其界面反应电阻变小,电极电位较原先的腐蚀电位降低约349 mV,说明氢化TiO₂纳米棒阵列能够对碳钢产生良好的光生阴极保护效应,且该效应在无光条件下能保持至少7 h。     

TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层对不锈钢的防腐机理研究

目的 制备一种新型绿色环保的TiO2/PVB-PANI/PVB双层复合涂层,研究复合涂层对不锈钢在NaCl溶液中的防腐作用机理。方法 使用原位化学氧化法合成聚苯胺（PANI）,以PVB为粘合剂,甲醇为溶剂,用浸渍提拉法和刮涂法在不锈钢表面制备TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱（EDS）等方法对材料的官能团、光吸收性能、结构和形貌组成等进行了研究,用电化学方法和划痕浸泡实验对比了TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层和PANI/PVB涂层的耐蚀性能,并分析探讨了相应的防腐蚀机理。结果 TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层光响应电流为250 nA/cm2,与PANI/PVB涂层相比,其光电位下降0.12 V。电化学测试表明,TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层试样相对不锈钢的自腐蚀电位升高,自腐蚀电流密度减小,容抗弧半径增大,光照时,其界面处电化学反应速率明显增加。划痕浸泡实验表明,有无光照下,TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层的耐腐蚀性能均优于PANI/PVB涂层,而光照下两种涂层的耐蚀性能对比更为明显。结论 TiO2/PVB-PANI/PVB双层涂层依靠物理屏蔽、聚苯胺的防腐作用和光致阴极保护的协同作用为不锈钢提供优异的防腐蚀效果。     

Photocathodic protection properties of NiP/TiO2 bilayer coatings by a combined electroless plating and sol–gel method

A combined electroless plating and sol–gel method was developed for preparing a NiP/TiO₂ bilayer coating to achieve an especial photocathodic protection effect for A3 low carbon steel. Photocathodic protection properties of the coating were investigated by the electrochemical method. Surface morphology and structure of the coating were characterized by scanning electron microscope (SEM) and X‐ray diffraction (XRD). The results show that the open circuit potential (OCP) of the NiP/TiO₂ coating electrode shifts to ?0.42 V under UV irradiation, which is lower than the corrosion potential of A3 low carbon steel. When the light is turned off, the photocathodic protection effect cannot be maintained. In addition, the mechanism of photocathodic protection for the coating was also explored.     

金属材料在模拟地热水环境中的腐蚀与结垢特性

目的地热水的腐蚀和结垢是地热资源开发利用的核心问题,研究几种常见金属材料在地热水中的腐蚀和结垢规律,为地热资源开发利用提供理论依据。方法通过扫描电子显微镜,X射线衍射仪、动态挂片试验、极化和交流阻抗测试等方法,对比研究紫铜、304不锈钢和20#碳钢在模拟地热水溶液中的腐蚀和结垢情况。结果 3种金属材料表面的结垢产物均为Ca CO3,20#碳钢表面的Ca CO3均为方解石相,304不锈钢和紫铜表面的Ca CO3包含方解石相和少量文石相,304不锈钢表面的Ca CO3分布较紫铜疏松,且含垢量较小。20#碳钢表面腐蚀产物的内层主要是黑色的Fe3O4,外层主要是黄色的Fe2O3;紫铜表面的腐蚀产物主要是铜的氧化物;304不锈钢表面无腐蚀产物。浸泡期间,304不锈钢未发生腐蚀且腐蚀电流密度最小;紫铜的整体耐蚀性能不及304不锈钢,但耐点蚀性能最佳;20#碳钢腐蚀严重,腐蚀电流密度较大。结论在模拟地热水溶液中,304不锈钢拥有比紫铜和20#碳钢更好的耐腐蚀性能和阻垢性能。     

纳米CdTe/TiO2复合材料对304不锈钢的光生阴极保护行为

目的研究纳米CdTe/TiO_2复合材料对304不锈钢的光生阴极保护行为。方法采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管,通过循环伏安沉积法在纳米管上进行CdTe修饰。应用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法对比纯TiO_2与CdTe/TiO_2的表面形貌与晶相特征。结合开路电位(OCP)、光电流密度-时间曲线(J-t)、Tafel极化曲线等电化学方法,研究复合材料的光电转化性能及其对304不锈钢的阴极保护行为。结果在光照条件下,耦连CdTe/TiO_2复合材料的304不锈钢的开路电位从初始的-190mV负移至-730mV,光电流密度可达0.15mA/cm~2,闭光后,开路电位上升至-350mV,仍然具有保护作用,说明制备的纳米CdTe/TiO_2复合材料具有储存电子的能力。结论在可见光照射下,与纯二氧化钛相比,制备的CdTe/TiO_2复合材料对304不锈钢的阴极保护性能显著提高,且在闭光状态下仍能维持对不锈钢的保护,对不锈钢起到一定的延时保护效果。     

质子交换膜燃料电池不锈钢双极板的腐蚀行为及其表面防护的研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)作为一种环境友好型电池装置,在倡导人与自然和谐相处的现代社会日渐受到重视.双极板是PEMFCs的重要组成之一,其性能的好坏与PEMFCs的发展密切相关.不锈钢双极板虽具有优异的导电性和强度,但在PEMFCs的严苛工作环境下,仍面临着腐蚀与钝化等问题.近年来,国内外的研究者为解决不锈钢双极板的表面防护问题展开了广泛的探索,深入研究发现,解决这一问题的有效途径是在其表面制备高导电性、高耐蚀性的防护涂层.简述了PEMFCs的工作原理以及对双极板的性能要求,从不锈钢双极板的运行环境和工作要求出发,提出其自身存在的问题和所面临的改性难题.另外,对近年来不锈钢双极板的表面防护涂层进行了分类,分别阐述了碳基涂层、金属及其化合物涂层和疏水涂层在不锈钢双极板防护上的研究进展,分析对比了不同方法制备涂层的优缺点,在此基础上,明确了不锈钢双极板表面防护的发展方向和未来表面改性技术的研究热点.     

TiO2 纳米管的阳极氧化制备及改性应用研究综述

详细调研了新型TiO2纳米管在国内外的研究现状,根据阳极氧化法制备纳米管的电解液成分发展历程,重点介绍了在不同电解液体系中制备TiO2纳米管阵列的具体条件,并对其所生成TiO2纳米管的形貌和结构进行了比较。同时详细叙述了TiO2纳米管在染料敏化太阳能电池、光催化剂、传感器、超级电容器等领域的应用情况,并针对TiO2纳米管带隙窄、光催化率低等问题,通过改变制备条件、贵金属沉积、复合半导体、离子掺杂等方法对TiO2纳米管进行改性,提高TiO2纳米管性能。介绍了其在相应领域改性的研究进展。研究表明,经过修饰的TiO2纳米管,其光电特性、催化特性、传感特性及灵敏度和稳定性等都得到了一定的改善。最后提出了目前存在的问题,展望了TiO2纳米管应用的发展趋势。     

多壁纳米碳管/TiO2复合薄膜的制备与光阴极保护性能研究

用溶胶凝胶旋涂工艺在304不锈钢表面制备了多壁纳米碳管MWCNT/TiO₂复合薄膜,用X射线衍射技术和电子显微技术研究了复合薄膜的物相组成与显微形貌,同时采用电化学分析手段,分别在250 W紫外灯和28 W节能灯的照射下,表征了MWCNT/TiO₂复合薄膜在3% NaCl溶液和海水介质中对304不锈钢的光阴极防腐蚀性能。研究结果表明,经450℃煅烧和加入管径为20~40 nm纳米碳管制备的MWCNT/TiO₂复合薄膜,不论是在紫外光还是白光激发下都表现出了比纯TiO₂薄膜更加优良的光电性能。同时也表明在3% NaCl溶液和海水介质中纳米碳管的引入都可有效增强TiO₂薄膜对304不锈钢的光阴极防腐蚀性能。