[发明专利]一种纳米复合光生阴极保护涂层材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米复合光生阴极保护涂层材料及其制备方法，属于化工材料领域。所述涂层材料是由纳米TiO₂、CdSe、石墨烯和聚苯胺组成的四元纳米复合材料；先通过浓乳液模板法原位制备TiO₂和CdSe二元纳米复合材料，再与石墨烯以及聚苯胺物理混合得到所述涂层材料。所述涂层材料采用纳米TiO₂与CdSe构成异质结材料，使光响应范围拓宽至可见光区；采用石墨烯作为载体和电子受体，可快速转移由CdSe和纳米TiO₂产生的光生电子至金属表面或成膜基体，有效提高光电子‑空穴的分离效率；采用聚苯胺作为成膜物质，在不影响光电子传递的同时可加强所述涂层材料与金属基体的界面结合力，提高涂层稳定性能，延长使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种纳米复合光生阴极保护涂层材料及其制备方法，具体地说，涉及一种太阳光下具有光生阴极保护性能的涂层材料及其制备方法，属于化工材料技术领域。

背景技术

光生阴极保护技术由于其环保、施工简单、材料来源广泛等优点，在近年来的金属腐蚀防护中研究甚广。纳米TiO₂由于具有稳定的化学性能，价格低廉，催化活性高，被广泛应用在光生阴极保护技术中。但是由于纳米TiO₂的禁带宽度大(3.2eV)导致其只能吸收紫外光，而紫外光在太阳光中占有3％～5％，极大的降低了其在实际应用中的使用效果。另外，由于纳米TiO₂自身结构的影响使得光子激发产生的光生电子-空穴对易于在纳米TiO₂表面复合，导致光电转换效率不高。纳米TiO₂与金属表面的耦合也是影响其光生阴极保护性能的关键因素，单一的纳米TiO₂在金属表面的成膜性差，容易从金属表面脱落，严重影响其在实际应用时对金属的保护性能。

为了解决上述问题，可采取多种方法对纳米TiO₂进行改性，如采用金属或者非金属掺杂、复合半导体合成异质结材料或表面光敏化等方法来提高纳米TiO₂的光响应范围。其中，复合半导体合成异质结材料是拓宽光响应范围和促进电子-空穴分离的重要途径。Yiyong Yang等(Preparation of PbS and CdS cosensitized graphene/TiO₂nanosheetsfor photoelectrochemical protection of 304 stainless steels)利用PbS和CdS两种半导体对纳米TiO₂进行改性，使得纳米TiO₂的光响应范围拓宽到可见光区，同时使用石墨烯作为一种有效的载流子传输体和支撑材料，提高了纳米TiO₂的光电转换性能，该复合材料对304不锈钢产生了较为优良的光生阴极保护作用。Weiwei Zhang等(Constructingternary polyaniline-graphene-TiO₂hybrids with enhanced photoelectrochemicalperformance in photo-generated cathodic protection)，将纳米TiO₂与聚苯胺树脂混合增加了纳米TiO₂与金属基材的界面结合能力，提高了电子传递效率。因此，拓宽纳米TiO₂的光响应范围、提高电子-空穴分离效率、增强复合材料与金属表面附着力对于提高纳米TiO₂实际应用中的价值至关重要。

发明内容