光生阴极在腐蚀防护中的研究进展

复合半导体的原理示意图
TiO2在光生阴极保护方面的研究现状
研究人 研 究 方 制备方法 向 试验结果
Ohko 等 TiO2/不 300 ℃ 的高温下，利 人 锈 钢 体 用喷涂的方法在 304 系 不锈钢表面涂覆厚度 为1.2µ m的TiO2膜
测试了它的极化曲线，发现该 体系的电极电位能达到 -350mV 左右，说明了它对不锈钢有一 定的保护作用。
TiO2在光生阴极保护方面的研究现状
Fujishim T i O 2 - 将 TiO 2 和 WO 3 颗粒分散 在停止紫外光照射时该体系对 304 不锈 a等人 WO 3 涂层 在乙醇中通过旋涂的方 钢仍有防腐蚀的作用 体系 法在304不锈钢表面成膜
曾振欧等 TiO2/SnO 采用溶胶凝胶法在 304不 紫外光照1h的延时阴极保护可达7h。 人 锈钢表面制备了纳米 2体系 TiO2/SnO2叠层涂层 Li等人 T i O 2 / 不 利用电化学沉积的方法 在紫外光和白光的照射下， CdS – TNs 锈钢体系 在TiO2纳米管阵列（TNs）耦合 304 不锈钢后其开路电位分别负移 上面沉积了一层 CdS 纳 到-246 mV 和-215mV，这一电位值能 米颗粒，得到 CdS–TNs 够继续在暗态下维持 24 h，说明 CdS– 复合半导体 TNs 无论在紫外光下还是在白光下都能 对金属基体有一定的光阴极保护作用。
解决思路
半导体复合主要利用纳米半导体化合物之间的耦合
作用。将两种价带、导带和禁带宽度不同的半导体
进行复合，由于二者的能级发生交迭，引起光生电
子或空穴从一个半导体转移到另一个半导体，进而
增加了光生电子和空穴之间的距离，减小了 TiO2的
光生电子-空穴对的复合几率，提高了光量子效率，
扩宽了光响应范围。
供光生电子实现光阴极保护。这项利用太阳能对金属
阴极保护的新技术得到了广泛地关注。
光生阴极保护原理
TiO2薄膜在金属防腐蚀中的作用示意图
存在的问题
目前主要采用 TiO 2 及其复合膜作为金属的防腐蚀覆 盖膜, 其存在的关键问题 TiO 2 的禁带宽度为3.2eV ， 带隙能较高，在波长小于387nm ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ光（紫外光）照 射下，才能被激发产生光生电子空穴对，而太阳光 中紫外光所占比例极小（足 5% ），由此导致其不能
谢谢！
有效利用太阳光。第二，激发产生的光生电子-空穴
对大部分会在半导体体内或表面重新复合，降低了
光量子效率。
存在的问题
TiO2半导体的光电反应过程示意图
解决思路
目前解决这两大问题有效方法之一就是通过半导体 复合对 TiO 2 进行改性一是扩大吸收光的范围 , 如在 TiO2 纳米膜掺杂过渡金属如 (Fe2 O3)可以使膜在可见 光范围内有吸收 , 二是减缓电荷复合 , 如在 TiO 2 膜层 下首先构筑一层Fe一TiO2复合膜可以减缓电荷复合 ; 或耦合另一种与TiO2不同能级半导体(如WO3,SnO2)作 为一个电子储存库,可以延长电荷复合的时间。
Tsujika TiO2/铜 利用溶胶凝胶技术采 对不同的热处理温度的薄膜进 wa等人 体系 用提拉法镀膜经过热 行 XRD ， XPS 表征和电化学测 处 理 在 C u 表 面 制 备 试结果表明锐钛矿型 TiO 2 光生 了TiO2薄膜 阴极保护保护效果明显。 Tsujika TiO2/碳 利用溶胶凝胶法结合 经过预热处理后的试样具有更 wa等人 钢体系 热处理的方法在经过 加优异的光电性能。 和没经过预烧处理的 碳钢基体上制备了 TiO2薄膜
光生阴极保护在腐蚀防护中的研究进 展
研究背景
金属的腐蚀在自然界广泛存在，它不仅造成大量的
经济损失，并且造成一系列的环境污染甚至重大事故。
传统的金属防护技术，如阴极保护、有机涂层具有许
多缺点，包括材料的消耗，能源的浪费和环境污染。
最近，发现半导体材料的金属涂层可以提高在可见光
的耐蚀性，在光照下，半导体涂层为耦合金属基体提