[发明专利]一种氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料的制备方法及其在光阴极保护中的应用

说明书

本发明涉及一种氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料的制备方法及其在光阴极保护中的应用，本发明以导电基质为衬底，通过电沉积法在衬底上生长CeO₂纳米棒阵列。然后以SnCl₂乙醇溶液活化CeO₂纳米棒阵列，将Sn²⁺沉积于CeO₂纳米棒阵列上，浸入GO溶液中，通过Sn²⁺将GO还原成rGO，同时Sn²⁺与rGO静电吸附，使得CeO₂纳米棒阵列连接在石墨烯上片，构建氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料。氧化铈纳米棒阵列结构不仅能够提高光吸收率，在光照下能有效促进电子‑空穴的分离和载流子的定向传输效率，将片状材料的物理阻隔和传统光阴极防腐相结合，发挥了两者的协同作用，进一步提高了防腐性能。

技术领域

本发明属于光阴极保护材料技术领域，涉及到一种氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料的制备方法及其在光阴极保护中的应用。

背景技术

金属腐蚀是指金属材料受周围介质的作用而损坏，由其引起的问题遍及各行各业，其造成的资源浪费给国民经济带来了巨大的损失。传统的防腐技术主要有：添加缓蚀剂法、防腐蚀涂层法和电化学保护法，这些防腐蚀技术仍然存在一些工艺相对复杂、成本高、寿命短或防腐性能单一等问题，与传统的外接电流阴极和牺牲阳极法防腐技术相比，光电化学阴极保护技术具有不需要消耗电能、光阳极材料可循环利用、价格低廉、环保无污染等优点。对于光阴极保护材料的选择显得尤为的重要。

氧化铈(CeO₂)是一种常用于金属光阴极保护领域的窄带隙n型半导体材料，导带(CB)电位相较于某些金属如304不锈钢的自腐蚀电位(ESS＝-0.33eV)更负，光生电子可以跨越能垒传导至被保护金属上，其价带(VB)电位相较于H₂O的氧化电位更正，产生的空穴能被OH^-捕获以抑制自身电子和空穴的复合，并且具备在光致阴极保护中储存电子的能力，此外，氧化铈优异的稳定性(耐腐蚀)以及Ce(Ⅳ)-Ce(Ⅲ)氧化还原循环。然而，氧化铈自身存在光生电子空穴极易复合的问题，目前主要通过构建异质结结构和复合石墨相碳材料予以解决。还原氧化石墨烯(rGO)是一种二维纳米片状新型碳纳米材料，其具有较大的比表面积，优异的物理阻隔性，较高的化学稳定性和电子迁移率而被广泛应用于防腐涂层领域。

现有的氧化铈/石墨烯复合材料中的氧化铈一般为颗粒状，氧化铈纳米颗粒不能迅速有效地传导电子，而构建氧化铈纳米棒阵列能够有效传导电子。

发明内容

本发明旨在提供一种氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料的制备及其在光阴极保护中的应用，所要解决的技术问题是遴选合适的原料及其制备工艺流程，通过构建氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料，一方面，有序的一维氧化铈纳米棒阵列结构不仅能够提高光吸收率，在光照下能有效效促进电子-空穴的分离和载流子的定向传输效率，而且在黑暗中能释放储存的电子来为被保护金属提供保护，有效减少石墨烯的卷曲与堆叠。另一方面，石墨烯优异的导电性能可以使光生电子快速转移至304不锈钢上，有效的防止光生电子与空穴的复合，并且其片状结构具有物理阻隔，可以减少腐蚀因子的透过。

本发明还提供了一种上述氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料的制备方法：

本发明为氧化铈纳米棒阵列/石墨烯复合材料，以片状石墨烯为载体，在石墨烯上形成氧化铈纳米棒阵列后得到的复合材料(CeO₂ NRA/rGO)，并将该复合材料用于光阴极保护中。

具体步骤如下