基于微纳结构ZnO、TiO2复合薄膜的光生阴极保护性能研究

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金属腐蚀问题给人们生活带来不便,且造成巨大的经济损失。传统金属防腐蚀方法均存在一定的缺陷。因此开发低能耗、环境友好型的金属防腐蚀技术具有重要的科研及应用意义。基于微纳米ZnO、 TiO2优异光电化学性能的新型防腐技术——光生阴极保护技术已引起人们的广泛关注。但ZnO、TiO2只能吸收紫外光,光生载流子易复合,且暗态下难以持续对金属进行阴极保护。因此,本文采用工艺操作简便、常压低温条件下的湿化学方法制备ZnO阵列及对其进行TiO2、Fe-TiO2复合薄膜修饰耦合,并通过光电化学测试技术研究微纳结构复合阵列薄膜光阳极对304不锈钢的光生阴极保护性能。主要研究内容及结果如下:  1.采用电化学沉积技术(ED)预制备ZnO晶种层结合化学水浴溶液法(CBD),在FTO基底上生长ZnO纳米棒阵列。考察电沉积实验参数对阵列形貌结构的影响。结果表明,在沉积电位为-0.8 V、5mM Zn(NO3)2及添加KCl的电解液中预沉积ZnO晶种层条件下,成功制得垂直基底均匀生长且阵列疏密度最优的ZnO纳米棒,并探索ZnO阵列结构生长机理。  2.将制得的FTO/ZnO纳米棒作为基底内核,通过低温液相沉积技术(LPD)在ZnO上生长包覆TiO2外层薄膜,研究不同LPD时间所得复合薄膜对304不锈钢的光生阴极保护性能影响。结果显示,沉积0.5 h所得FTO/ZnO/TiO2复合阵列薄膜对304不锈钢具有最佳的光生阴极保护效果。  3.发展了一步法LPD技术制备不同配比Fe元素掺杂的TiO2薄膜,并探讨其对304不锈钢的防腐性能。研究得出,等体积20 mM TiF4与60 mM Fe(NO3)3的混合前躯体溶液中得到的FTO/Fe-TiO2复合薄膜,具有最佳的光电化学性能,且对304不锈钢具有暗态下持续阴极保护作用。  4.将最优形貌结构的ZnO阵列作为内核,一步法LPD生长Fe-TiO2外层,并考察所得复合薄膜对不锈钢的防腐性能。结果表明,生长10 min所得FTO/ZnO/Fe-TiO2复合阵列薄膜对304不锈钢具有最佳的光生阴极保护性能及暗态下持续有效的阴极保护防腐效果。
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