[发明专利]三氧化钨纳米片复合光阳极的制备方法

说明书

三氧化钨纳米片复合光阳极的制备方法，涉及纳米片复合光阳极。采用水热法在FTO基体表面上制备WO₃纳米片膜，再通过TiCl₄的热水解，在WO₃膜表面沉积TiO₂纳米颗粒，最后采用化学浴沉积，将ZnS和Bi₂S₃沉积到TiO₂/WO₃复合膜表面，获得具有优良光电化学性能的ZnS‑Bi₂S₃/TiO₂/WO₃复合膜。将复合膜作为光阳极。复合膜在白光照射下时，可使不锈钢在的NaCl溶液中的电极电位降低，其光生阴极保护效应显著高于单纯的WO₃膜。光源关闭后，不锈钢的电位仍低于其腐蚀电位，说明复合膜在暗态下能延续对金属的光生阴极保护，有良好的储能特性，而且具有好的稳定性。

技术领域

本发明涉及纳米片复合光阳极，尤其是涉及具有优异光电化学性能和储存电子能力，可以实现对金属全天候的光生阴极保护的ZnS-Bi₂S₃/TiO₂/WO₃纳米片复合光阳极的制备方法

背景技术

阴极保护是金属腐蚀防护领域应用广泛的技术，而光生阴极保护则是近年来提出的一种新型的阴极保护方法。这种技术可以弥补传统阴极保护技术能量消耗大、维护成本高的不足，具有很好的应用前景，是目前腐蚀与防护研究中的一个热点。光生阴极保护的基本原理是，在光照条件下，半导体价带的电子被激发到其导带，导带中的光生电子再转移到耦连的需要保护的金属，使其发生阴极极化而受到保护。基于此原理，光生阴极保护最大技术难题在于夜间没有光照条件下如何维持对金属的阴极保护^[1]。

目前，光生阴极保护中研究最多的是TiO₂基光阳极。通过掺杂和半导体复合等方法，开发复合的TiO₂半导体材料，可能维持暗态下光生阴极保护^[2-7]。例如，Yang等人^[2]通过在Ti-Bi合金上构筑Bi掺杂的TiO₂纳米管复合膜，发现在切断光照后，Bi的掺杂可以将光生阴极保护延续一定时间。其他研究者还发现SnO₂能够通过化学反应储存部分的光生电子^[3-4]，由SnO₂纳米颗粒和TiO₂纳米管组成的复合膜光阳极，在光照转为暗态后可重新释放光生电子维持对不锈钢的阴极保护作用。

WO₃是光电化学应用中研究最广泛的材料之一，具有很好的电子传输性能、低毒性、易于制备，是比较理想的光阳极材料^[8]。但是，WO₃禁带宽度只比TiO₂略小，对可见光的吸收同样较弱，而且在碱性环境中的稳定性较差，因此，有必要对WO₃进行一定的改性或修饰，才能更好地应用于光生阴极保护中。