[发明专利]一种TiO2/BaTiO3/RGO三元复合光电薄膜、其快速原位制备方法及应用

说明书

本发明提供一种TiO₂/BaTiO₃/RGO三元复合光电薄膜、其快速原位制备方法及应用，属于材料合成领域。本发明以钛箔经阳极氧化得到的TiO₂有序纳米管阵列模板，以水热法为基础，采用微波为能量源，TiO₂有序纳米管阵列模板在Ba(OH)₂和GO的前驱体混合溶液中反应，通过控制反应参数，使部分TiO₂有序纳米管阵列模板原位反应生成BaTiO₃的同时，将分散性好的RO原位还原，一步制备出高性能的TiO₂/BaTiO₃/RGO三元复合光电薄膜，有效解决了石墨烯分散性不良、TiO₂光电性能欠佳及水热合成时间较长等问题，促进TiO₂复合材料在光生阴极保护领域的应用。

技术领域

本发明涉及一种TiO₂/BaTiO₃/RGO三元复合光电薄膜、其快速原位制备方法及应用，该薄膜可作为海洋工程装备的光生阴极保护材料，属于材料合成领域。

背景技术

对于常年处于海洋及大气环境中的工程装备来说，腐蚀一直是其面临的关键问题，而光生阴极保护是利用太阳光作为能源实现金属材料阴极保护的一种前沿技术。

在众多半导体材料中，TiO₂是一种价廉、使用寿命长、环境友好的光生阴极保护材料。但由于TiO₂带隙较宽，仅能吸收太阳光中少量的紫外线，并且产生的光生电子迁移速度较慢，使光生电子和空穴容易复合，导致光量子效率较低。因此，国内外学者对其进行了离子掺杂、半导体复合、贵金属负载等改性研究。近年来，由于石墨烯（graphene）具有较大的比表面积(2630 m²•g^-1)、良好的导电性和更高的化学稳定性，利用石墨烯的优异特性对TiO₂改性成为当前的研究热点。

柳伟等[郭祥芹，石墨烯/TiO₂复合薄膜的制备及其光生阴极保护性能研究，D，青岛：中国海洋大学，2013]通过溶胶-凝胶结合热处理技术，以制备的石墨烯和TiO₂溶胶为前驱体，采用旋涂的方法在304不锈钢表面成功制备了石墨烯/TiO₂复合薄膜。研究发现，当涂覆于试样的涂层的复合方式为一层石墨烯/TiO₂复合薄膜覆盖一层TiO₂薄膜时，试样的开路电位负移最大，约为-600mV，光生电流密度约为100mA/cm²。

Ji Hoon Park等[Surface and Coating Technology, 2014, 258, 62-71]以石墨烯和TiO₂溶液为前驱体，通过电泳沉积的方法在304不锈钢表面成功制备了石墨烯/TiO₂复合薄膜。研究发现，在紫外灯照射下，涂覆有复合薄膜的试样的开路电位在-400mV--700mV之间。

由于三元材料体系的复杂性，合成过程中石墨烯的反应机制及其光电作用机理有待探讨，因此，国内外学者目前大部分选择石墨烯/TiO₂二元材料体系为研究对象，但该体系对基体材料的光生阴极保护效果有待提高。另外，研究者多直接将石墨烯作为前驱体进行复合，但由于石墨烯具有不亲水特性，并且范德华力容易使其发生团聚，往往会导致石墨烯在产物中分散不均匀，进而影响到制备材料的光电转换性能。