[发明专利]一种纳米复合膜材料及其应用

说明书

本发明涉及用于光电化学阴极保护的纳米复合膜光阳极材料，尤其是涉及一种水热法和光还原法制备的纳米复合膜材料及其制备和应用。利用水热法和光还原法，将四氧化二铁酸盐和Ag纳米颗粒沉积于TiO₂纳米线表面，形成Ag/四氧化二铁酸盐/TiO₂纳米复合膜光阳极材料；其中，四氧化二铁酸盐为CoFe₂O₄或CuFe₂O₄。该复合膜作为光阳极材料进行阴极保护时，相比TiO₂材料而言，显著提高了可见光的利用率和光生载流子对的分离率，降低了304不锈钢的电极电位，降低了腐蚀速率，有效提升了TiO₂对304不锈钢的阴极保护性能。

技术领域

本发明涉及用于光电化学阴极保护的纳米复合膜光阳极材料，尤其是涉及一种水热法和光还原法制备的纳米复合膜材料(Ag/CoFe₂O₄/TiO₂和Ag/CuFe₂O₄/TiO₂复合膜光阳极)及其制备和应用。

背景技术

在经济全球化迅猛发展的时代背景下，海洋经济日益成为各国竞争的重要领域。海洋环境是一种极其复杂的腐蚀性环境，海水是一种强电解质溶液，海水的温度，盐度，溶解氧浓度，pH值，流速以及海洋生物等都是影响腐蚀的重要因素，这也使得海洋环境腐蚀性远高于陆地环境，因而海洋的腐蚀问题也成为海洋开发和建设中不可避免的问题。传统钢结构的防腐手段需要大量的牺牲阳极材料或者提供大量电源的弊端，已经难以满足海洋事业的发展。研究发现新型的光电化学阴极保护技术在材料防腐方面因其具有较强的可操作性、清洁、节约资源和不消耗电能的优点。该技术是将半导体材料涂敷或者使用导线连接在被保护金属上，当半导体材料受到能量高于其禁带宽度的光照射后，价带中的电子会被激发而转移到导带上，进而传递到金属基体上，这就导致了金属基体变成富电子状态，其电位比腐蚀电位更负，从而保护金属免受腐蚀。

TiO₂因其具有高的光电转换效率、稳定的化学性能以及无毒无害性，在光电化学阴极保护领域具有广泛应用。然而，TiO₂的带隙较宽(3.2eV)，只能吸收波长小于378nm的紫外光，对可见光的利用率低；而且光激发的载流子对容易复合，光生电子的利用率比较低；在黑暗条件下，TiO₂无法产生光生电子，不能对金属提供光电化学阴极保护。将窄禁带宽度的半导体材料同TiO₂复合，可有效的提高光的利用率，使TiO₂的吸收光从紫外区扩展到可见区，增强其对金属的阴极保护效果。因此，寻找带隙窄的材料与之复合是提高TiO₂光电转化性能的重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水热法和光还原法制备的纳米复合膜材料(Ag/CoFe₂O₄/TiO₂和Ag/CuFe₂O₄/TiO₂复合膜光阳极)及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种纳米复合膜材料，利用水热法和光还原法，将四氧化二铁酸盐和Ag纳米颗粒沉积于TiO₂纳米线表面，形成Ag/四氧化二铁酸盐/TiO₂纳米复合膜光阳极材料；其中，四氧化二铁酸盐为CoFe₂O₄或CuFe₂O₄。

所述采用水热法将四氧化二铁酸盐纳米粒子复合到负载TiO₂纳米线的钛片的表面形成膜，采用光还原法将Ag纳米粒子复合到四氧化二铁酸盐/TiO₂纳米材料表面形成膜，形成纳米复合膜光阳极材料。