[发明专利]一种Bi2

说明书

本发明公开了一种Bi₂Te₃/Bi₂O₃/TiO₂三元异质结薄膜的制备方法。先通过阳极氧化法在钛板表面制备二氧化钛(TiO₂)纳米薄膜，再通过一步恒电位沉积法在TiO₂纳米薄膜表面制备碲化铋/氧化铋二元纳米复合材料(Bi₂Te₃/Bi₂O₃)，得到Bi₂Te₃/Bi₂O₃/TiO₂三元异质结薄膜。通过X射线衍射证明了异质结薄膜中含有Bi₂Te₃，Bi₂O₃和TiO₂三种半导体物质，扫描电镜结果显示Bi₂Te₃/Bi₂O₃/TiO₂三元异质结薄膜由Bi₂Te₃/Bi₂O₃纳米花和TiO₂纳米管构成。紫外可见漫反射吸收光谱说明Bi₂Te₃/Bi₂O₃/TiO₂三元异质结薄膜在紫外可见光范围内的光吸收性能均优于纯TiO₂。将本发明的Bi₂Te₃/Bi₂O₃/TiO₂三元异质结薄膜应用于Q235碳钢的光生阴极保护，能够将Q235碳钢阴极极化至‑812mV以下，说明Q235碳钢已经进入很好的阴极保护状态。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种异质结薄膜的制备，尤其是涉及一种用于光生阴极保护的Bi₂Te₃/Bi₂O₃/TiO₂三元异质结薄膜的制备。

背景技术

金属腐蚀普遍存在于世界的各个角落，它是金属材料与环境间发生不可逆的变化而造成的破坏性侵蚀。2014年我国全行业腐蚀成本高达2.1 万亿元，这一惊人的数据足已说明防腐的重大意义。碳钢因具有极好的机械性能和超低的制造成本，在石油化工、建筑、生活、航海、航空等领域被广泛使用。然而将碳钢置于海洋环境中很快便会发生均匀腐蚀，甚至发生更具危害的局部腐蚀。在海洋环境中，传统的金属腐蚀防护手段具有局限性，比如金属表面涂布的保护层难免出现漏点和缝隙等；牺牲阳极阴极保护法会向自然环境中释放金属离子；外加电流阴极保护法需要直流电的持续供应，对电能的依赖性较大。光生阴极保护是一种新型的阴极保护技术，它的出现能够有效避免传统金属腐蚀防护手段的缺点，该技术具有可操作性强、覆盖膜分布均匀、无需阳极块、不消耗电能等的特点。

纳米二氧化钛(TiO₂)具有优良的光电效应、稳定的化学性质、以及无毒低成本等优点，在光催化、光敏化以及太阳能等方面具有广阔的发展前景。目前，TiO₂被广泛用于光降解有机污染物和太阳能电池等领域，同时TiO₂已成为最受欢迎的应用于光生阴极保护的光电材料。但其超过3.0eV的禁带宽度限制了它对可见光的利用，光生电子-空穴对容易复合的缺点让它难以给予金属足够的光生电子，暗态下无法提供阴极保护等。为克服上述缺点，对纳米TiO₂进行改性是一种较为理想的手段，众多科研工作者提出很多对纳米TiO₂的改性方法。比如，掺杂金属或非金属，对其表面进行光敏化，掺杂贵金属，与储能材料复合，与窄禁带纳米半导体复合等。通过改性来降低TiO₂的禁带宽度，提高对可见光的响应范围，通过构建异质结减缓光生电子-空穴对的复合时间，使得TiO₂在光生阴极保护方面的应用成为可能。