[发明专利]一种聚多巴胺敏化间距型二氧化钛复合膜光阳极及其制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种聚多巴胺敏化间距型二氧化钛复合膜光阳极及其制备方法和应用。本发明包括钛基体，钛基体的表面上设有复合膜，复合膜包括负载在钛基体表面上的间距型TiOsubgt;2/subgt;纳米管阵列涂层和浸涂在间距型TiOsubgt;2/subgt;纳米管阵列膜表面上的聚多巴胺涂层；本发明还给出了上述光阳极的制备方法，本发明的光阳极与金属阴极联用，用于抑制金属阴极的腐蚀。本发明的光阳极有效拓宽了TiOsubgt;2/subgt;对入射光波长的吸收范围，增加了对太阳光的利用率；提高了电子‑空穴对的分离率，降低了金属的电极电位，提高了TiOsubgt;2/subgt;对阴极的保护作用，又不会出现过保护现象；作为一种非牺牲性阳极，不需要消耗电能，环境友好，可重复使用，制备方法简单，易于实现产业化。

技术领域

本发明涉及太阳能电池的技术领域，特别是指一种聚多巴胺敏化间距型二氧化钛复合膜光阳极及其制备方法和应用。

背景技术

光生阴极保护是一种新型的电化学保护方法，通常所说的光生阴极保护就是使用含有二氧化钛涂层的光阳极。光生阴极保护的原理是：在光照条件下，二氧化钛吸收一定能量的光子产生光生电子-空穴对，使光阳极产生电子，光电子传递到被保护金属上并富集，使被保护金属的电位低于自腐蚀电位从而得到保护。由于二氧化钛(TiO₂)带隙较宽(锐钛矿相为3.2eV)，只能吸收波长小于378nm的紫外光，这仅占太阳光谱的4％，不能有效地吸收可见光，所以它对太阳光的利用率较低。

为了提高二氧化钛对太阳光的利用率，使其吸收范围扩展到可见光区，通常需要对二氧化钛进行改性。中国专利CN1124426667A公开了一种光生阴极保护纳米涂层，并公开了这种光生阴极保护纳米涂层包括采用真空磁控溅射镀膜的方法在金属基体表面依次沉积的Zn-Ni合金涂层和纳米TiO₂涂层。这种光生阴极保护纳米涂层利用Zn-Ni合金涂层优异的牺牲阳极性阴极保护作用以及TiO₂光生阴极保护功能，形成一种多功能智能型光感应纳米涂层，可大幅度提升涂层的防腐蚀性能。但是，这种光生阴极保护纳米涂层由于含有牺牲Zn-Ni合金涂层，在使用过程中Zn-Ni合金涂层不断被消耗，造成了能源浪费，而且，牺牲后的Zn-Ni合金涂层还会带来环境污染；其次，在阴极保护时，如果保护电位太负，反而会引起金属重新遭到腐蚀，通常情况下，当腐蚀电位低于-1V时，金属会出现过保护现象，这种光生阴极保护纳米涂在开光条件下腐蚀电位达到-1.0236V，这对光生阴极保护是非常不利的；另外，这种采用真空磁控溅射镀膜方法形成的光生阴极保护纳米涂层制备方法复杂，对设备条件要求高，产业化困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚多巴胺敏化间距型二氧化钛复合膜光阳极及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中光生阴极保护用改性二氧化钛涂层由于存在牺牲阳极涂层容易造成能源浪费和环境污染以及容易出现过保护现象并且制备方法复杂、对设备要求高和产业化困难的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

在一个方面，本发明的一种聚多巴胺敏化间距型二氧化钛复合膜光阳极，包括钛基体；所述钛基体的表面上设有复合膜，所述复合膜包括负载在所述钛基体表面上的间距型TiO₂纳米管阵列涂层和浸涂在间距型TiO₂纳米管阵列膜表面上的聚多巴胺涂层。

本发明在钛基体表面原位生长有间距型TiO₂纳米管阵列涂层并在间距型TiO₂纳米管阵列涂层表面上自聚沉积有聚多巴胺涂层，使钛基体表面形成一种复合膜，这种复合膜有效拓宽了TiO₂对入射光波长的吸收范围，增加了对太阳光的利用率；这种光阳极有效提高了电子-空穴对的分离率，进一步降低了金属的电极电位，提高了TiO₂对阴极的保护作用，又不会出现过保护现象；这种光阳极性能稳定，环境友好，作为一种非牺牲性阳极，不需要消耗电能，可重复使用，避免了能源浪费。