[发明专利]用于光电化学阴极保护的纳米草丛复合光电材料及制备和应用

说明书

本发明属于光电化学阴极保护领域，具体地讲，本发明涉及一种ZnIn₂S₄/TiO₂纳米复合光电材料及其制备方法和应用。通过一种简便的原位水热法，在超细高度支化TiO₂纳米草丛基底上，构建了界面充分接触的三维纳米花球ZnIn₂S₄/TiO₂纳米草丛异质结光电极。在模拟太阳光照射下，没有额外的空穴清除剂条件下，本复合材料可实现在海水中对具有不同自腐蚀电位的纯铜和低碳钢的光电化学阴极保护效果，具有实验操作简单，绿色环保，应用潜力大的优点。

技术领域

本发明属于光电化学阴极保护领域，具体地讲，本发明涉及一种用于模拟真实海洋环境下的用于光电化学阴极保护的ZnIn₂S₄/TiO₂纳米草丛复合光电材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于严苛的高氯环境，在海洋环境中使用的金属材料的腐蚀失效行为极为严重，这会导致大量的工业事故和生态环境的恶化等。因此，对于在海洋环境中服役的金属材料而言，选择合适的防腐蚀技术是非常迫切的，研究人员正在积极开发各种新技术用来减轻金属腐蚀。鉴于阴极保护技术与当今快速发展的光电化学技术的结合，近年来对光电化学阴极保护(PECCP)技术进行了广泛的研究。PECCP技术通过光电转换材料利用太阳能来产生电能，然后将光生电子传输到耦合的金属上，从而实现阴极保护效果。该技术具有无毒无害，节约成本等优点，而该技术的关键是选择合适的光电转换半导体材料。

在光电化学领域中，TiO₂由于具有性能稳定、价格低廉、环境友好的特点已在光电化学领域得到了广泛应用。然而其存在仅对紫外光有响应，光谱响应范围窄，且光生电子-空穴对易复合的缺点，这些在很大程度上限制了其光电性能。因此，对TiO₂材料进行有效的修饰、改性来改善其光电转换性能是非常必要的。半导体复合，量子点敏化，元素掺杂等是目前常用的TiO₂改性方法。近年来，通过微观形貌调控来制备具有特定形貌的结构也被证明是提高材料光电性能的有效途径，其可以改善电子传输性能并增大光捕获面积，提高电子的利用效率。此外，异质结体系的构建可有效促进光生电子和空穴的空间转移和分离，由此获得高效的光子-电子转换性能。尤其是与窄带隙的半导体材料复合，可拓宽光响应范围，提高太阳光利用率。

综合上述提高TiO₂光电性能的有效方法，直接利用太阳光能实现高效的光-电转换性能，并将其应用到光电化学阴极保护领域，对金属材料提供保护效果，在腐蚀防护领域展现了巨大的应用前景。

发明内容

针对上述金属腐蚀的光电化学阴极保护的问题，本发明的目的是提供一种用于模拟真实海洋环境下的用于光电化学阴极保护的ZnIn₂S₄/TiO₂纳米草丛复合光电材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于光电化学阴极保护的ZnIn₂S₄/TiO₂纳米草丛复合光电材料，复合光电材料为于超细高度支化TiO₂纳米草丛基底上复合纳米花球状的六方ZnIn₂S₄构建成异质结体系复合光电材料。

所述超细高度支化TiO₂纳米草丛基底为通过调控初始反应物浓度利用一步水热法在导电玻璃基材上直接生长TiO₂光电材料。