[发明专利]用于光生阴极保护的AgInS2

说明书

本发明属于纳米复合膜光阳极领域，特别涉及了一种用于光生阴极保护的AgInS₂/石墨烯/TiO₂纳米复合膜光阳极及其制备方法和应用。将形成TiO₂纳米管阵列膜的钛基体浸入氧化石墨烯溶液中，密封条件下于150～180℃水热反应2～10h，而后冷却洗涤、干燥得石墨烯/TiO₂纳米复合膜；将上述获得石墨烯/TiO₂纳米复合膜中浸入含Ag⁺、In³⁺和S^2‑的水溶液中，而后密封、高压、90～110℃下煅烧2～10h，煅烧后冷却至室温、洗涤、晾干得到AgInS₂/石墨烯/TiO₂纳米复合膜。本发明的制备工艺流程简单、合成设备要求简单，安全环保。本发明AgInS₂/石墨烯/TiO₂纳米复合膜在光生阴极保护方面具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米复合膜光阳极领域，特别涉及了一种用于光生阴极保护的AgInS₂/石墨烯/TiO₂纳米复合膜光阳极及其制备方法和应用。

背景技术

金属的腐蚀是自然界不可避免的现象，金属材料在自然环境中与环境发生反应失去原有的性质，导致结构损坏、功能丧失，最终造成资源、能源浪费，经济损失。据统计，我国2014年因腐蚀造成的经济损失超过2.5万亿元，约占国民经济生产总值的3.34％。随着海洋产业规模的不断扩大，海洋腐蚀将造成更为严重的经济损失。因此金属材料腐蚀问题已经成为影响国民经济和社会可持续发展的重要因素之一。

光电化学阴极保护是一种新型的绿色阴极保护技术。其原理是当金属表面涂覆半导体涂层或将金属与半导体涂层材料(多为n型半导体材料)制备的光电极偶联后，在合适波长的光辐照到半导体材料表面时，半导体材料价带中的电子才能够跃迁到导带中，成为自由电子。导带中的光生电子在电场作用下向半导体本体迁移，光生空穴则迁移到半导体表面，与环境中的电子供体发生反应。当该n型半导体材料与偶联的金属材料间具有合适的电位匹配时，半导体材料上产生的光生电子就可以转移到与之偶联的金属材料上，从而为偶联的金属提供电子，宏观上的表现即为金属电位负移，从而起到阴极保护的作用(刘星辰,李亨特,荆江平等.光电化学阴极保护的原理及研究进展[J].装备环境工程,2017,14(6): 1-7)。该技术利用光电转换材料捕获太阳能，驱动氧化还原反应。这种方法的优势是利用清洁的太阳能和半导体材料作为光电转换中心，而不会像传统的阴极保护法一样大量牺牲阳极材料，从而具有很大的金属腐蚀保护潜力。

在光电化学阴极保护技术中，通过电化学阳极氧化法制备的TiO₂纳米材料因其良好的化学稳定性，较大的表面积和直接的电子传输通道被广泛研究。TiO₂的禁带宽度为3.2eV，可对波长小于387nm的紫外光响应。然而，纯TiO₂只能吸收紫外光(仅占太阳光谱的3％)而对太阳光的利用率较低，并且在光照下TiO₂产生的光生电子-空穴对在暗态下极易复合，从而失去其对金属的保护作用。通过对TiO₂纳米材料进行改性，可以有效地提高太阳光的利用率，使其吸收范围扩展到可见光区。对TiO₂改性的方法包括半导体修饰，金属或非金属元素掺杂，以及表面光敏化等。