高性能CeO2/片状CdS复合光电极材料的制备及在光阴极保护中应用

通过逐步合成法制备了具有储存电子和物理阻隔功能的CeO₂/CdS纳米复合材料, 并用于光电阴极保护。通过XRD, TEM, UV-Vis和PL等手段对制备的纳米复合材料进行表征。在模拟白光照射下研究不同质量比的CeO₂/CdS复合材料的光电化学性质。在黑暗条件下, 涂有CeO₂/CdS(质量比0.2 : 1)的304不锈钢涂层的电位比 CeO₂/CdS(质量比0.2 : 1)粒子涂层更正。在白光照射下, CeO₂/CdS(质量比0.2 : 1)复合材料的最大光电流密度为 700 μA·cm ^-2, 涂有CeO₂/CdS(质量比0.2 : 1)的304不锈钢涂层的电位为-650 mV(vs. SCE), 明显低于304不锈钢腐蚀电位(-200 mV vs. SCE), 表明片状CdS具有物理阻隔性能及CeO₂/CdS复合材料具有显著的光电化学性能。这主要是由于CeO₂纳米颗粒和CdS纳米片之间形成了异质结, 促进了光致电子和空穴的有效分离, 从而提高了光电转换效率。此外, 由于CeO₂具有储存电子的功能, 在黑暗条件下可以继续释放电子, 能够提供12 h的阴极保护性能。     

CdS/CeO_2/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其光阴极保护材料性能

以水热法合成棒状CeO_2/石墨烯载体材料,成功在载体上负载CdS纳米粒子得到CdS/CeO_2/还原氧化石墨烯(CdS/CeO_2/RGO)多级结构复合材料。采用透射电镜、X射线衍射仪和拉曼光谱等手段表征材料的结构,探究了该复合材料对304SS的光致阴极保护性能。结果表明:在可见光照射下,与CdS和CdS/RGO相比,CdS/CeO_2/RGO复合材料的光生电子与空穴更易分离,有着更好的光致阴极保护效果,且CeO_2具备存储电子能力,可见光光源关闭后,CeO_2仍能向304SS注入电子,从而在黑暗中对304SS起到持续的阴极保护作用。     

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。     

纳米TiO_2-WO_3复合涂层及纳米TiO_2/WO_3叠层涂层的制备及性能

为了解决电子池材料改性TiO2涂层暗态下无阴极保护作用的问题,用溶胶-凝胶法及浸渍提拉技术在304不锈钢表面制备了纳米TiO2-WO3复合涂层与纳米TiO2/WO3叠层涂层,用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)研究了2种涂层的表面形貌、成分,并用电化学方法研究了2种涂层的光阴极保护特性及耐腐蚀性能。结果表明:2种涂层表面均连续均匀,由Ti,W,O,C组成;紫外光照1 h时2种涂层均对304不锈钢有一定的光阴极保护作用,闭光后纳米TiO2/WO3叠层涂层的延时阴极保护作用远好于纳米TiO2-WO3复合涂层;2种涂层均对304不锈钢有防腐蚀作用,紫外光照射时纳米TiO2-WO3复合涂层的防腐蚀性比纳米TiO2/WO3叠层涂层的好。     

TiO2纳米管阵列膜的制备及对304不锈钢的光生阴极保护效应

应用电化学阳极氧化法在Ti表面构筑不同的TiO2纳米管阵列膜。采用XRD、SEM、XPS表征薄膜的结构、形貌和组成。通过电化学阻抗谱及电位随时间变化的测试,考察TiO2薄膜的光生阴极保护效应。结果表明薄膜主要由锐钛矿型的TiO2纳米管阵列组成,当304不锈钢耦连于紫外光照下的TiO2薄膜电极时,其界面反应电阻变小,电极电位显著降低,说明TiO2纳米管薄膜能够对不锈钢产生良好光生阴极保护效应,特别是掺Fe的TiO2薄膜在光照时可使不锈钢电位降低约450mV,而且在暗态时也能较长时间保持对不锈钢的阴极保护作用。     

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.     

304不锈钢纳米TiO_2涂层的结构形貌与防腐蚀性能

纳米TiO2涂层对304不锈钢具有较好的防腐蚀性能.采用溶胶-凝胶法与浸渍提拉技术在304不锈钢上制备纳米TiO涂层,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对涂层的结构、形貌及组成进行了表征,采用电化学方法研究了涂层的防腐蚀性能,并对其光阴极保护机理进行了探讨.结果表明:所制备的纳米TiO2涂层外观呈蓝色,表面连续、均匀,颗粒呈球形;TiO2为锐钛矿型;涂层主要由Ti,O和C 3种元素组成;纳米TiO2涂层具有一定的光电化学效应和防腐蚀性能.     

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.     

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。     

纳米纤维素/CdS纳米复合光电材料的制备和性能

以NaClO2为主要氧化剂,使用氧化漂白桉木浆制备C-6位羧基含量为0.8mmol/g的TEMPO氧化纤维素,然后将其剪切为纳米纤维素(NCC)。再以NCC为基材,以无水氯化镉及硫化钠为前驱体,用声化学法制备了NCC/CdS纳米复合光电材料。用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)以及光电化学实验对复合材料的结构及性能进行表征。结果表明,大量CdS纳米粒子复合在NCC基材上形成NCC/CdS纳米复合材料,CdS晶粒为立方型晶体,大小为7.3nm。用NCC/CdS纳米复合材料形成的薄膜器件在可见光区域的透光率高达60%。这种复合材料可产生1.35μA的光电流,其光电转换效率为微晶纤维素/CdS复合材料的6倍。     

ZnS包覆TiO_2/CdS纳米结构的光电化学性能研究

采用水热法将CdS量子点沉积在TiO2纳米棒阵列上,在CdS量子点外表面包覆ZnS纳米层。经过ZnS纳米层包覆后,TiO2/CdS电极对可见光的吸收强度没有改变。光电化学测试结果表明,ZnS纳米层包覆可以极大提高TiO2/CdS量子点敏化太阳能电池的光电转化效率。原因分析是ZnS纳米层可以抑制电子-空穴对的重组。     

CdS量子点/染料共敏化TiO_2纳米结构的光电化学性能研究

将CdS量子点沉积在TiO2纳米多孔薄膜上得到TiO2/CdS阳极。采用电脉冲沉积方法将非晶结构TiO2薄膜覆盖在CdS/TiO2阳极。经过染料敏化,得到CdS量子点/染料共敏化TiO2阳极。这种共敏化阳极的光电转化效率比TiO2/CdS阳极及TiO2/N719的光电转化效率显著提高,光电化学性能结果表明,CdS量子点/染料共敏化可以极大提高阳极对光的吸收强度及范围,提高光电流密度,进而提高光电转化效率。     

低温制备CdS/TiO_2纳米复合材料及其光催化性能研究

采用超声醇盐水解法在低温水浴条件下制备不同质量比的CdS/TiO2纳米复合材料。以甲基橙为目标污染物,考察了不同质量比的CdS/TiO2的光催化效果。采用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FT-IR)对所合成的纳米复合材料进行了结构和形貌的表征。结果表明:质量比1∶100的CdS/TiO2复合材料分散较均匀,TiO2以锐钛矿型存在,CdS以六方相存在。在模拟太阳光下降解甲基橙5h,降解率达到66.53%,在紫外光下降解5h,降解率达到97.00%。     

原位法P3HT-COOH/CdS纳米复合材料的制备与表征

以二水乙酸镉(Cd(OOCCH3)2·2H2O)为镉源,硫粉(S)为硫源,二氯苯(DCB)和二甲基亚砜(DMSO)为混合溶剂,末端羧基化聚-3-己基噻吩(P3HT-COOH)为模板,原位法合成了P3HT-COOH/CdS纳米复合材料;并利用核磁共振氢谱、傅里叶变换红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜、紫外-可见光谱和荧光光谱等分析测试方法对其组成、形貌、光电性能等进行了表征。研究了不同反应温度及S/Cd摩尔比对复合材料形貌及光电性能的影响。实验结果表明,所合成的CdS纳米粒子均匀分布在P3HT-COOH/CdS复合材料中;CdS的尺寸和分布不仅受温度影响,还很大程度上受S/Cd摩尔比的影响;P3HT-COOH/CdS纳米复合材料有较强的荧光淬灭,表明CdS与P3HT-COOH之间有电荷转移。     

304不锈钢表面纳米铝改性有机硅涂层的高温氧化和电化学行为

研究了纳米铝改性有机硅高温涂层的固化、抗650℃高温氧化性能和耐3.5% NaCl水溶液电化学腐蚀性能。当聚氨酯:有机硅的质量分数达到1:3或更高时,有机硅涂料可以在24 h内完成常温固化。制备出的纳米铝改性有机硅高温涂层表面致密,没有微观裂纹等缺陷。纳米铝改性的有机硅涂层显著提高了304不锈钢抗氧化性能,经1028 h氧化实验,基体几乎没有发生氧化,涂层没有出现开裂和剥落。纳米铝改性的有机硅涂层还显著提高了氧化后的304不锈钢耐氯化钠水溶液腐蚀性能,无涂层的304不锈钢氧化后形成的氧化膜低频阻抗仅3.2 Ω·cm²,而涂装涂层的不锈钢的低频阻抗约为1.1×10⁵ Ω·cm²。     

CdS/CdSe量子点共敏化TiO_2薄膜的光电化学性能研究

采用化学浴沉积法分别将CdS、CdSe量子点沉积在TiO2纳米纤维薄膜上,得到TiO2/CdS/CdSe电极。采用电脉冲沉积法将非晶结构TiO2薄膜插入CdS与CdSe量子点之间,得到TiO2/CdS/a-TiO2/CdSe电极。将两种电极分别组装成太阳能电池,进行光电化学性质研究,结果表明,TiO2/CdS/a-TiO2/CdSe电池的光电转化效率比TiO2/CdS/CdS电池提高了1.68倍。进一步的原因分析结果表明,在CdS与CdSe量子点之间插入TiO2非晶薄膜后,可以极大提高载流子寿命。     

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.     

Ni、S单掺杂及共掺杂TiO_2薄膜的制备及光生阴极保护性能研究

将离子掺杂TiO_2涂层方法和耦合另外一种具有电子储存能力的半导体氧化物方法相结合,在碳钢/Ni-P-SnO_2、碳钢/Ni-P-WO_3表面制备Ni、S掺杂TiO_2涂层,在可见光条件下,对碳钢进行光生阴极保护作用的研究。首先在不锈钢基体上制备不同摩尔比的Ni、S掺杂及其共掺杂薄膜,通过光电测试,最佳提拉层数为3层、Ni、S最佳掺杂摩尔比分别是0.001,0.005。在此基础上,利用镀膜提拉技术,在碳钢/Ni-P-SnO_2、碳钢/Ni-PWO_3表面制备Ni、S掺杂TiO_2涂层,并对其进行SEM、XRD等表征,研究其对碳钢光生阴极保护作用,结果发现Ni、S最佳掺杂摩尔比及其最佳Ni、S共掺杂摩尔比呈现了最好的光生阴极保护性能。     

异丙基三油酸酰氧基钛酸酯改性纳米纤维素阻隔涂层的制备及性能

采用异丙基三油酸酰氧基钛酸酯(KR-TTS)为改性剂,对纳米纤维素(CNF)材料进行改性处理,然后将它涂布于A4纸表面,经烘烤固化制成KR-TTS改性纳米纤维素阻隔涂层。采用接触角测量仪及电子拉力机对空白纸、纳米纤维素纸张涂层(CNF涂层)以及采用不同KR-TTS/CNF质量比改性的纳米纤维素纸张涂层(K-CNF涂层)的疏水性能及力学性能进行了表征。结果显示,KR-TTS/CNF质量比为1∶1的K-CNF涂层对水的接触角最大,为113.4°,相比于CNF涂层提高了98.4°,具有较强的疏水性。该涂层的拉伸强度、杨氏模量和韧性相比于CNF涂层分别提高了156.73%、101.69%和430.41%,显示出了强的力学性能。涂层阻隔性能测试结果表明,KR-TTS/CNF质量比为1∶1改性涂层空气透气度达25 234 s/25 cm~3,相比于CNF涂层降低46.65倍;水蒸气透过率为1 203.67 g/m~2·24 h,相比于CNF涂层下降了73.47%,阻隔性能比较强。另外,改性涂层的SEM照片显示,缠绕紧致的三维网络构造填补了CNF涂层中未填充的空间,形成了具有强大阻隔性及韧性的致密涂层。     

陶瓷颗粒添加对热喷涂不锈钢涂层耐蚀性的影响

采用超音速火焰喷涂(HVAF)方法成功制备出不同种类及粒度陶瓷颗粒复合的不锈钢涂层,系统研究陶瓷颗粒的种类及粒度对复合涂层的硬度、孔隙率与耐蚀性能的影响;通过扫描电子显微镜、全自动硬度计、Image Pro Plus软件以及电化学工作站等分析测试技术对不锈钢/陶瓷颗粒复合涂层的微观结构、硬度及腐蚀行为进行系统表征与分析.结果表明:粗粒径棕刚玉(Al2O3)复合的不锈钢涂层的孔隙率低(0.7863％)、硬度高(637HV0.1)且耐蚀性能优异,其自腐蚀电位为-454.14 mV、自腐蚀电流密度为22.208 mA·cm-2;细粒径碳化硅(SiC)复合的不锈钢涂层具有较高的硬度(600HV0.1)及较好的耐蚀性能,其自腐蚀电位为-463.68 mV、自腐蚀电流密度为23.738 mA·cm-2.