[发明专利]一种光阳极材料及其制备与应用

说明书

本发明涉及纳米管阵列光阳极，尤其是一种稳定用于光生阴极保护的BiVO₄/TiO₂纳米管阵列光阳极材料及其制备与应用。首先通过阳极氧化法，以Pt为对电极，钛片基底为工作电极，以NH₄F和乙二醇溶液为电解液，再将钛片煅烧，在钛片表面制备出TiO₂纳米管阵列薄膜；之后通过水热法，配制分别以Bi(NO)₃和NH₄VO₃为铋源和钒源的反应液，将TiO₂纳米管阵列薄膜完全浸没于反应液中，置于烘箱中恒温水热后，再经煅烧处理得BiVO₄/TiO₂复合膜。本发明的BiVO₄/TiO₂复合膜，作为光生阴极保护的光阳极，可提高可见光利用率，明显降低304不锈钢的腐蚀电位，暗态下仍具有较好的阴极保护防腐效果。

技术领域

本发明涉及纳米管阵列光阳极，尤其是一种稳定用于光生阴极保护的BiVO₄/TiO₂纳米管阵列光阳极材料及其制备与应用。

背景技术

金属腐蚀是指金属在各种环境条件下发生的破坏和变质。常温下，电化学途径造成的腐蚀占金属腐蚀的绝大部分。按估计，世界每年因腐蚀而无法回收的金属材料占总量的十分之一。金属腐蚀遍及国民经济各个领域，可能会导致管道和设备的破坏、产品的污染等一些恶性事故，给经济和社会造成严重损失与危害。304不锈钢(304SS)由于其优良的力学、耐腐蚀和焊接性能，在诸多领域得到广泛应用，如航空航天、交通运输、石油化工和工程建筑等。虽然在大气环境下不锈钢表面可形成致密的钝化膜阻止腐蚀的发生，但在海洋大气等苛刻环境下，钝化膜易被氯离子等破坏而引发较严重的局部腐蚀。

传统的电化学保护方法需要消耗大量的阳极材料或需提供大量电能。近十几年来，光生阴极保护技术以TiO₂等半导体材料作为光电转化中心，不需消耗阳极；利用清洁廉价的太阳能资源，不消耗电能；且膜覆盖率要求低，操作性较强，成为人们研究的热点。然而TiO₂禁带宽度较宽(3.2eV)，对可见光利用效率低，只能利用波长小于380nm的紫外光，但紫外光只占太阳光的5％左右，且光生电子和空穴复合速率快而使TiO₂不能在暗态下为金属提供有效保护。因此急需能够解决TiO₂对太阳光利用率及光电效率低且在暗态下光生阴极保护效应的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光阳极材料及其制备和应用。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种光阳极材料，依次对钛片表面经阳极氧化、煅烧修饰得TiO₂纳米管阵列薄膜，而后再经水热处理、煅烧对上述TiO₂薄膜表面修饰BiVO₄得光阳极材料BiVO₄/TiO₂复合膜。

一种光阳极材料的制备方法，依次对钛片表面经阳极氧化、煅烧修饰得TiO₂纳米管阵列薄膜，而后再经水热处理、煅烧对上述TiO₂薄膜表面修饰BiVO₄得光阳极材料BiVO₄/TiO₂复合膜。

所述TiO₂纳米管阵列薄膜为以处理后的钛基体为阳极，在电解液的存在下于20～30V电压下阳极氧化1～2h，氧化后清洗、晾干；而后于马弗炉内以1～5℃/min的升温速率升到400～500℃，并恒温1～3h，冷却将至室温，即在钛基片表面修饰有TiO₂纳米管阵列膜。

所述阳极氧化采用的电解液为乙二醇和NH₄F水溶液的混合液；其中,乙二醇与NH₄F水溶液体积比在10～20，氟化铵的质量分数为3～7wt.％。