光生阴极在腐蚀防护中的研究进展

1、光生阴极保护在腐蚀防护中的研究进光生阴极保护在腐蚀防护中的研究进展展 研究背景研究背景 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。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。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的耐蚀

2、性，在光照下，半导体涂层为耦合金属基体提供光生电子实现光阴极保护。这项利用太阳能对金属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。阴极保护的新技术得到了广泛地关注。光生阴极保护原理光生阴极保护原理TiOTiO2 2薄膜在金属防腐蚀中的作用示意图薄膜在金属防腐蚀中的作用示意图存在的问题存在的问题目前主要采用目前主要采用TiOTiO2 2及其复合膜作为金属的防腐蚀覆及其复合膜作为金属的防腐蚀覆盖膜盖膜, ,其存在的关键问题其存在的关键问题TiOTiO2 2的禁带宽度为的禁带宽度为3.2eV3.2eV，带隙能较高，在波长小于带隙能较高，在波长小于387nm 387

3、nm 的光（紫外光）照的光（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（足中紫外光所占比例极小（足5%5%），由此导致其不能），由此导致其不能有效利用太阳光。第二，激发产生的光生电子有效利用太阳光。第二，激发产生的光生电子- -空穴空穴对大部分会在半导体体内或表面重新复合，降低了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。光量子效率。存在的问题存在的问题TiO2半导体的光电反应过程示意图解决思路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复合对TiO

4、TiO2 2进行改性一是扩大吸收光的范围进行改性一是扩大吸收光的范围, ,如在如在TiOTiO2 2纳米膜掺杂过渡金属如纳米膜掺杂过渡金属如(Fe(Fe2 2O O3 3) )可以使膜在可见可以使膜在可见光范围内有吸收光范围内有吸收, ,二是减缓电荷复合二是减缓电荷复合, ,如在如在TiOTiO2 2膜层膜层下首先构筑一层下首先构筑一层FeFe一一TiOTiO2 2复合膜可以减缓电荷复合复合膜可以减缓电荷复合; ;或耦合另一种与或耦合另一种与TiOTiO2 2不同能级半导体不同能级半导体( (如如WOWO3 3,SnO,SnO2 2) )作作为一个电子储存库为一个电子储存库, ,可以延长电荷复

5、合的时间可以延长电荷复合的时间。解决思路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，减小了增加了光生电子和空穴之间的距离，减小了 TiOTiO2 2的的光生电子光生电子- -空穴对的复合几率，提高了光量子效率，空穴对的复合几率，提高了光量子效率，扩宽了光响应范围。扩宽了光响应范围。复合半导体的原理示意图复合半导体的原理示意