[发明专利]一种三元半导体复合薄膜及其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及光电化学阴极保护技术领域，具体为一种三元半导体复合薄膜及其制备方法和应用，其目的在于针对现有技术中指出的不足，提供一种三元半导体复合薄膜及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中单一TiO2半导体材料宽带隙在吸收光之后产生的电子的迁移率较低，电子和空穴的分离效果较差，容易导致光生电荷发生复合和较短的光响应范围等问题；通过阳极氧化法、连续离子层吸附法和水热法等在钛片上依次制备了TiO2、TiO2/CdS、TiO2/CdS/ZnFe2O4薄膜；其有益效果在于：TiO2/CdS/ZnFe2O4薄膜的光电化学性质和光生阴极保护性能与单一TiO2样品相比都有显著地提升，对不锈钢具有优异的防腐保护性能。

技术领域

本发明涉及光电化学阴极保护技术领域，具体为一种三元半导体复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

不锈钢由于其优异的防腐性能而被广泛用于现代社会的各个领域，然而其性能与暴露环境有关，当浸入含氯或潮湿的环境中时可能发生局部腐蚀。因而需要提高不锈钢的耐腐蚀性能，现有的耐腐蚀方法有涂保护涂层，添加腐蚀抑制剂和电化学保护方法等，其中电化学保护方法具有使用寿命长，保护范围大等优点，但通常会导致能量和材料损失。因此需要优化电化学保护方法。由于TiO2涂层可用于金属的电化学光阴极保护，基于TiO2的纳米结构材料在防腐领域引起了相当大的关注。相关研究发现，TiO2光电阳极产生的电子在照射下可以转移到金属，形成比不锈钢更负腐蚀电位。然而，TiO2具有两个缺陷，即宽带隙和快速光生电子空穴对重组，这大大降低了可见光照射下的光诱导电荷转换效率和TiO2薄膜的光阴极保护性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中指出的不足，提供一种三元半导体复合薄膜及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中单一TiO2半导体材料宽带隙在吸收光之后产生的电子迁移率较低，电子和空穴的分离效果较差，容易导致光生电荷发生复合和较短的光响应范围等问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种三元半导体复合薄膜，其特征在于，包括以下组分：TiO2、CdS和ZnFe2O4。

一种三元半导体复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)：将钛片进行预处理，然后采用阳极氧化法制备TiO2纳米管，得到覆有TiO2纳米管薄膜的钛片，再将所述覆有TiO2纳米管薄膜的钛片煅烧退火后取出基片样品待用；

步骤(2)：采用连续离子层吸附法制备CdS纳米颗粒，将步骤(1)所得的基片样品依次在Cd(NO3)2溶液、蒸馏水、Na2S溶液、蒸馏水中循环浸泡，每种溶液中各浸泡1min，在四种溶液中按序循环浸泡15次，之后干燥，取出基片样品待用；

步骤(3)：将步骤(2)所得的基片样品放入反应釜中，然后采用水热法制备ZnFe2O4纳米片，再将产物洗涤，烘干得到三元复合薄膜。

优选地，在步骤(1)中，所述TiO2纳米管制备采用的原料为氟化铵，所用溶剂为97％的乙二醇水溶液。

优选地，在步骤(1)中，所述阳极氧化法，反应条件为20V电压，反应时间分别为1h，2h，3h；所述煅烧温度为450℃，退火时间为2h。实验结果表明在20V，1h的条件下TiO2形成纳米管最好。

优选地，在步骤(2)中，所述CdS纳米颗粒的制备采用的原料为硝酸镉，硫化钠，所用溶剂为水。

优选地，在步骤(3)中，所述ZnFe2O4纳米片制备采用的原料为硝酸铁和硝酸锌，所用溶剂为水。

优选地，在步骤(3)中，所述水热法反应温度为100℃，反应时间分别为为5h，10h，15h；干燥温度为60℃，退火时间为4h。实验结果表明在100℃，10h的条件下形成的ZnFe2O4纳米片最好。