[发明专利]一种光生防腐电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电极材料技术领域，提供了一种光生防腐电极材料的制备方法，本发明先在基底上生长α‑三氧化二铁薄膜，α‑三氧化二铁具有较高的太阳能‑化学能转换效率、具有合适的带隙结构，可以在可见光驱动下驱动水氧化反应、具有良好的光稳定性等优点；然后通过在铁氰化钾溶液和氯化钴溶液的交替浸渍，在α‑三氧化二铁薄膜表面引入CoFe‑PB助催化剂层，能够提高电极的导电性，进而可以提高电极材料的催化性能；并且能够有效驱动电极界面的水氧化速率，大幅提升了光生空穴的转移效率，从而抑制了光生电子‑空穴的复合，有助于光生电子在光电极基底上聚集，进而有效转移至被保护金属表面，实现了开路电位下有效光电阴极防腐。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种光生防腐电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

金属材料具有良好的工艺性能和使用性能，被广泛应用于人类生活的各个领域，比如作为电极的阴极。但是绝大多数金属材料在使用中易发生腐蚀，造成巨大的经济损失和严重的危险，因此研究金属材料防腐技术成为一大趋势。目前，金属防腐技术有：1.结构改变法，例如制造各种耐腐蚀性的合金；2.保护涂层法，例如在钢铁表面喷涂油漆；3.电化学保护法，利用原电池原理对金属进行保护，设法消除引起电化腐蚀的原电池反应，电化学保护法分为阳极保护和阴极保护；4.牺牲阳极保护；5.外加电流保护等。但是外加电流阴极保护技术需要高的电能输入，牺牲阳极保护会造成环境污染和材料消耗，而光电化学阴极保护仅以太阳能和水为输入源，因此在金属防腐领域备受关注。

光电化学阴极保护是利用绿色清洁的太阳能来减缓甚至抑制金属材料的腐蚀，保护金属材料的一种新型阴极保护技术。其原理是利用半导体涂层能在光照辐射条件下产生光生电子空穴对的效应，将半导体涂层受光激发产生的光生电子转移到基底金属材料上，从而达到对基底金属实现类似外加阴极电流保护的技术。由于光电化学阴极保护技术是利用太阳能来保护金属材料的新技术，而且保护过程中并不需要消耗防腐材料本身，从而有望成为永久性的保护涂层。因此它是真正意义上的绿色环保防腐蚀技术，具有广泛的应用前景。

到目前为止，已经开发了许多半导体涂层来作为光电化学阴极保护的材料，如TiO₂、WO₃、SnO₂、α-Fe₂O₃/Fe₃O₄等。由于α-Fe₂O₃具有较高的太阳能-化学能转换效率、具有合适的带隙结构(Eg≈2.1eV)、可以在可见光驱动下驱动水氧化反应、具有良好的光稳定性等优点，在光(电)催化水分解或有机降解领域受到了广泛的关注。但是，由于α-Fe₂O₃的空穴扩散长度较短，导电性较差，光电催化分解水的活性仍然很低。因此，亟需提供一种既具有优异的光催化活性，同时还能够对阴极实现光电化学阴极保护的电极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光生防腐电极材料及其制备方法和应用，本发明制备的光生防腐电极材料具有优异的光催化活性，且能够用于光生防腐进行光电化学阴极保护。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种光生防腐电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在基底表面生长α-Fe₂O₃薄膜，得到含有α-Fe₂O₃薄膜的基底；

(2)将所述步骤(1)得到的含有α-Fe₂O₃薄膜的基底在铁氰化钾溶液和氯化钴溶液中进行交替浸渍，得到光生防腐电极材料。

优选地，所述步骤(1)中的基底包括FTO玻璃、钛板或铜板。

优选地，所述步骤(2)中铁氰化钾溶液的浓度为0.01～1mol/L。